Автомобильная тематика знакома и близка многим. Мы любим смотреть на красивые и быстрые автомобили, а некоторые счастливчики управляют такими автомобилями или их создают.

Сегодня поговорим о применении технологии 3D печати и 3D сканирования в автомобилестроении.

Мы не будем рассматривать амбициозные и спорные проекты компаний по печати автомобиля целиком, а рассмотрим более простое и доступное применение данной технологии.

Печать изношенных или сломанных деталей, изготовленных из пластиков

Клиенты неоднократно обращаются с заказами на печать заглушек на колесные диски с уникальной эмблемой или на замену потерявшимся. Также люди ищут замену изношенных шестерен в привод стеклоподъемников или элементы салазок люка.

Часть крепления для дворников

Подобные узлы, установленные во многих дорогих автомобилях, часто продаются в сборе с остальными узлами, неким модулем. Само собой данные запчасти не могут стоить дешево, и в данном случае технология 3D печати отлично подходит для решения задачи.

Автомобильная крышка на диск

Клипса внутренней обшивки Nissan

Заглушки колесных дисков Work Equip

Втулки на автомобиль

Стоит упомянуть, что не все детали могут быть распечатаны на обычном 3D принтере без растворимых поддержек из-за сложной геометрии модели. Печатаемая модель может иметь множество тонких элементов, которые могут сломаться во время печати или непосредственной эксплуатации. Благо подобных деталей подавляющее меньшинство и они встречаются крайне редко.

Все, что вам необходимо, чтобы выполнять подобные заказы:

• Недорогой 3D принтер, способный печатать ABS и Nylon пластиками. Само собой правильно настроенный и откалиброванный
• Знание и умение работать в любой из программ трехмерного моделирования. Для моделирования технических моделей лучше всего подходят такие CAD системы, как SolidWorks, Autodesk Inventor или “Компас”. При должном уровне знания 3D редактора, время моделирования занимает не больше часа.

Печать декоративных элементов и элементов кузова, не несущих серьезную нагрузку

Пожалуй начнем с примеров амбициозных проектов:

Модель была сделана в программе TinkerCad и распечатана с помощью 3D-принтера Wanhao Duplicator i3 V2 . Сначала для такой работы был выбран материал PLA, но поскольку деталь будет использоваться в местах с высокой температурой было принято решение напечатать его при помощи материала Nylon. Деталь прекрасно подошла и была использована в автомобиле.
 

Печать логотипа Chrysler

Печать колец для ДХО на BMW X5

Прототипирование

Применение термовакуумной формовки и 3d-печати

При необходимости создания партии тонкостенных изделий простой формы, например обтекателей можно использовать термовакуумную формовку. Сначала изготавливается мастер модель, так называемый шаблон, это должен быть прочный, устойчивый к температуре материал, обычно используют дерево или специальные пластики, мастер модель фрезеруется, либо послойно нарезается на ЧПУ станке, во втором случае ее необходимо будет еще склеить и доработать шлифовальной машинкой. Когда шаблон готов, его укладывают на специальный станок, имеющий насос снизу, нагревательные панели сверху и специальную подвижную раму для крепления листового материала, после нагревания, материал опускается на шаблон, насосы откачивают воздух и после остывания лишний материал обрезается – изделие готово. Из плюсов тут можно назвать дешевизну, ЧПУ резка и листовой материал довольно дешевы, а подобный станок можно собрать даже самому в гараже. Из недостатков – можно изготавливать изделия только простых форм и только тонкостенные, чем больше детали нужно изготавливать, тем соответственно больше требований к насосам и нагревательным элементам, и они могут стоить уже довольно много.

Печать мастер моделей под последующее литье имеет довольно много преимуществ – без проблем можно изготовить зеркальные мастер модели, легкая доводка поверхности по сравнению, например с послойным изготовлением на ЧПУ. Для небольших изделий это идеальный вариант, поскольку печать их быстра и довольно дешева. Но на габаритных деталях, размером больше, например 20 см все уже не так радужно, уходит довольно много материала, печать может длиться несколько суток и появляются требования к температурному режиму внутри принтера, чтобы изделие не расслаивалось и не загибалось при печати, принтеры с большой областью печати стоят дороже небольших собратьев, а печать по частям требует соответственно склейки и обработки швов.

Вакуумная формовка деталей обвеса F-51 Red Wheels 3

3D-сканирование

Современные сканеры и средства автоматизированного проектирования позволяют создавать достаточно точные компьютерные модели. С помощью них возможно получить цифровую модель имеющегося узла, например элемент кузова (“обвеса”) автомобиля, или создать на ее основе новую. Имея цифровую модель, можно произвести любые прочностные, массовые или аэродинамические расчеты в кратчайшие сроки и с минимальными затратами. А имея в распоряжении дешевый, “домашний” FDM принтер можно быстро получать макеты в натуральную величину, или уже готовые узлы для автомобиля.

3D сканирование сегодня находит широкое применение как в автомобилестроении, так и в последующем моддинге автомобилей. Основное применение в данном направлении, как несложно догадаться – создание цифровой копии элемента для последующего копирования, изменения или снятия замеров. Рассмотрим по подробней данные этапы.

Копирование – в современных автомобилях большое количество симметричных деталей, и они периодически ломаются или теряются, но купить их за приемлемую цену не всегда возможно. Используя небольшой стационарный сканер можно создать электронную копию например небольшой детали, отзеркалить ее и например распечатать на 3D принтере, или изготовить методом литья с большей прочностью и качеством поверхности. Используя ручные сканеры, тоже самое можно сделать и с крупными элементами кузова например.

Изменение – если вы хотите внести функциональную модификацию в существующий элемент, например добавить держатель для телефона к какому либо элементу приборной панели, используя сканирование, можно получить копию нужного элемента и затем смоделировать дополнительный элемент, а потом изготовить изделие.
Замеры – основное направление 3D сканирования в моддинге автомобилей. Не все элементы автомобиля можно легко замерить, радиусные поверхности, плавные изгибы, все это сложно поддается замерам и при изготовлении обвеса, ваше смоделированное изделие может просто не сойтись с самим автомомбилем и все придется переделывать. Сканирование же позволяет избежать подобных проблем, вы получаете достаточно точную копию поверхности автомобиля и можете примерять ваш обвес еще в цифровом виде и вносить нужные изменения непосредственно до изготовления.

Те кто профессионально занимаются изготовлением элементов моддинга обычно используют 3D сканирование для замеров поверхности и создания идеально подходящей к кузову модели, затем изготовляется мастер модель, методом 3D печати или послойной склейкой с ЧПУ станка, с этой мастер модели снимается форма в которую затем отливается полиуретановый пластик, он достаточно стойкий к внешней среде, прочный и прекрасно красится, с формы можно сделать множество отливок идеально подходящих к нужной модели автомобиля.

3D сканирование может отлично помочь в подобном направлении деятельности, большинство элементов кузова имеют округлые сложные для измерений формы, которые прекрасно может захватить 3D сканер и обмерить машину можно будет непосредственно в программе 3D моделирования, а не ползая по ней с рулеткой. К тому же это достаточно быстро, на сканирование автомобиля ручным сканером уходит 1-2 часа времени. К сожалению сканеры низкой ценовой категории для таких целей обычно не подходят, так как точность их слишком невелика, а вот сканеры средней цены такие как Shining 3D EinScan-Pro или Artec Eva Lite для подобных целей подходят прекрасно.

3D-сканы креплений для датчиков на Land Rover

3D-сканы кузова на УАЗ

Используемое оборудование:

3D-принтеры для печати небольших изделий (FDM)

Для печати небольших изделий в отличном качестве прекрасно подойдут такие 3D-принтеры, как Picaso 3D Designer , Ultimaker 2+ , которые прекрасно себя зарекомендовали.

3D-принтер Picaso 3D Designer
Цена: 117 500 рублей; Технология печати: FDM; Область печати: 200х200х210; Материалы: ABS , PLA , HIPS , ASA , ABS/PC , NYLON , PET

Picaso 3D Designer – 3D принтер от российской компании PICASO, в котором используется технология, позволяющая печатать с рекордно высокой точность в 50 микрон!

Picaso 3D Designer разработан таким образом, что вся механика скрыта за изящным и эргономичным корпусом. Picaso 3D Designer с легкостью впишется в интерьер рабочего кабинета, мастерской или учебного класса. Принтер имеет довольно компактные размеры 365×386×452 мм, что немаловажно для устройств, ориентированных на персональное использование.

Ultimaker 2 Plus
Ultimaker 2 Plus - 235 000 рублей; Технология печати: FDM; Область печати: 223 x 223 x 205; Материалы:

Технологии изготовления изделий с помощью 3D принтеров развиваются и совершенствуются. Освоив возможности изготовления мелких элементов, разработчики переходят к изготовлению более крупных и существенных изделий. Одна из таких попыток – изготовление на 3D принтере автомобиля в сжатые сроки.

Продемонстрировала свои возможности по 3D печати компания Local Motors из Аризоны, которая изготовила первый в мире автомобиль полностью при помощи технологий трехмерной печати. Из нескольких сотен проектов, полученных в ходе проведенного компанией конкурса, был отобран один, получивший название Strati.

И этот автомобиль был изготовлен и собран всего за 44 часа времени прямо на стенде компании в рамках международной технологической выставки International Manufacturing Technology Show (IMTS ), проходившей в Чикаго.

Как было сказано ранее, время изготовления автомобиля Strati составило всего 44 часа. Такая высокая скорость изготовления стала возможна благодаря тому, что конструкция автомобиля состоит из 40 основных деталей и узлов против тысяч деталей, из которых собирают обычные автомобили.

Все элементы кузова автомобиля Strati, сиденья, элементы салона и даже ветровое стекло были напечатаны трехмерным принтером BAAM (Big Area Additive Manufacturing) компании Cincinnati Incorporated при помощи технологии прямого цифрового производства (Direct Digital Manufacturing, DDM ).

В качестве материала для изготовления вышеупомянутых деталей были использованы различные виды пластика, а детали, которым требуется высокая механическая прочность, были напечатаны из пластика, армированного углеродистым волокном.

«Разработанный нами процесс является совершенно новым процессом, который может коренным образом изменить все сложившиеся на сегодняшний день устои и стереотипы автомобильной промышленности» – рассказывает Джон Б. Роджерс Мл. (John B. Rogers, Jr.), президент компании Local Motors, – « Кроме этого, мы собираемся продемонстрировать, что процесс создания автомобиля может быть выполнен несколькими различными способами, а результат этого будет почти одним и тем же».

Стоит отметить, что технологии 3D печати сейчас находятся в состоянии развития, и поэтому еще не все необходимые для создания автомобиля элементы могут быть изготовлены при помощи трехмерной печати. Так, при создании описываемого автомобиля Strati, разработчики Local Motors использовали элементы электрической трансмиссии и подвески от европейского варианта автомобиля Renault Twizy. А аккумуляторы, электрическая проводка и некоторые другие элементы для автомобиля Strati предварительно были заказаны у сторонних организаций.

Представленная на выставке новинка получила положительные отзывы посетителей, имевших возможность наблюдать процесс создания этого автомобиля, и поэтому компания Local Motors запланировала начать мелкосерийный выпуск автомобилей Strati, сделав их доступными для каждого желающего. К сожалению, конечная цена, которую должен будет заплатить покупатель автомобиля Strati, пока еще неизвестна, но она будет находиться, согласно информации от издательства DailyMail, в диапазоне от 11 до 18 тысяч фунтов стерлингов, что составляет от 18 до 30 тысяч долларов.

В настоящее время для создания нового дизайна машины потребуется время и большие финансовые вложения. Все еще зависит от того, насколько изменится внешний вид авто: поменяют внутренние запчасти или внешние формы, даже замена сидений влечет за собой значительные затраты. А теперь представим, что у нас есть возможность сделать корпус автомобиля из одной детали. Затраты на создание и последующее изменение дизайна сократятся в разы. Все станет намного проще.

Производители решили попробовать воплотить мечту в реальность, создавая автомобили при помощи 3D принтеров. Много удивительных вещей, выполненных на 3D-принтере, мы видели с момента его появления. Возможности его безграничны. Компания Local Motors показывает, что потенциал этих принтеров еще предстоит раскрыть.

Одной из целей создания таких автомобилей есть стремление доказать критикам о том, что трехмерный способ печати не будет слишком медленным и дорогим при массовом производстве.

Группа энтузиастов Korecologic работает над проектом «зеленого автомобиля», напечатанного на 3D принтере. Инженеры заботятся об экологии и хотят своей разработкой уменьшить вредные выбросы. Их пугает тот факт, что к 2050 году количество машин достигнет 2,5 миллиарда, а сейчас уже насчитывается один миллиард транспортных средств.

Их гибридное авто весит 500 кг. Движущейся силой являются два электродвигателя мощностью 16 л. с. и одноцилиндровый двигатель внутреннего сгорания. Максимальная скорость авто 112 км/час. Только на одной электротяге Urbee 2 способна проехать 64 км.

На сайте разработчиков размещена информация о поездке через всю Америку, запланированной на май 2015 года. Маршрут будет пролегать от Нью-Йорка до Сан-Франциско. Ехать будут водитель, еще один пассажир и собака. Весь путь планируется преодолеть за 42 часа, используя всего лишь 38 литров биотоплива. В 1903 году для такой поездки требовалось 800 американских галлонов, что в 80 раз больше, чем планирует korecologic.

На данный момент, информации о точной дате проведения поездки нет. В конце 2013 года проект пытался получить средства для разработки авто на кикстартере, но не собрал желаемого количества денег.

Strati

Для публики сделали презентацию на выставке International Manufacturing Show. Каждый посетитель своими глазами мог смотреть процесс печатания на чудо-технике 3D-принтере. За 44 часа работы получился автомобиль, правда, он не мог претендовать на роль самого стильного, но на котором желающие могли прокатиться.

3D-принтер, имеющий размеры соизмеримые с комнатой, слой за слоем печатает кузов и шасси из углепластика. По окончании печати специально автоматизированный инструмент придает кузову необходимую форму и делает 32 отверстия, чтобы можно было крепить основные части. Затем добавляют изготовленные обычным способом колеса, шины, электрический двигатель и ветровое стекло от Local Motors.

Корпус нового автомобиля имеет тусклый черный цвет, чем отличается от своих металлических собратьев. Но все изменится в будущем. Разработчики уверены, что применяя различные смеси волокон и пластмасс добьются глянцевого блеска металла.

Это уже не первая попытка создания авто на 3D-принтере, но впервые кузов и ходовая часть печатались как одно целое. Готовая машина состоит из 47 деталей. Стоит напомнить, что традиционный автомобиль состоит из более 20 тысяч различных деталей. Производители уверяют, что скорость их машины достигает 65 км/час. За счет одного заряда пробег машины составит 160-190 километров. Всего 3,5 часа необходимо для полной зарядки автомобиля.

Компания Local Motors свое творение назвала «Strati». Желающие приобрести технологичную новинку могут отправить заявку на сайте производителя. При этом потенциальный покупатель подбирает дизайн и материалы. Проект уникальный, хотя есть сомнения в его успехе. Они возникли на почве высокой цены и малой практичности продукта. Невероятный автомобиль, учитывая выбор его комплектации, обойдется в сумму 18-30 тыс. долларов. Хотя новые технологии развиваются так стремительно, что в ближайшем будущем станут доступнее и каждый, имея свой 3D-принтер, будет конструировать все необходимое. Но прежде, чем Strati поедет по автомагистралям, она должна будет получить сертификат безопасности.

Shelby Cobra

На Североамериканском международном автосалоне (NAIAS), что проходил в Детройте в январе этого года, было представлено знаменитую Shelby Cobra, напечатанную на 3D-принтере.

Самое удивительное состоит в том, что разработка концепта и воплощение ее в реальность заняли всего шесть недель. Воспользовавшись помощью Oak Ridge National Laboratory (лаборатории Министерства энергетики США), аналогично как это сделали создатели Strati, отдел Manufacturing Demonstration Facility этого ведомства получил новый 3D-напечатанный автомобиль. Аналог знаменитой Shelby Cobra все же не полностью напечатан. Многие детали, в том числе и двигатель, собирались традиционным способом. А вот кузов машины и некоторые элементы его подвески действительно получены с 3D-принтера.

Создание данного транспортного средства было приурочено к пятидесятилетию знаменитого автомобиля, отсюда и выбор используемого дизайна. 3D-печатная версия знаменитой Shelby Cobra должна стать первым национальным памятником, что воплощен в транспортное средство. Новая версия Shelby создавалась при помощи установки системы BAAM (аддитивное производство большой площади). По своей сути, это «лаборатория на колесах», которая послужит проектировщикам и инженерам. Они будут отслеживать изменения в поведении встроенных компонентов в режиме реального времени и смогут выработать более перспективные решения для цифровой части производства во всей индустрии автомобилестроения

Канадский изобретатель Джим Кор собрал из распечатанных на 3D-принтере деталей небольшой городской автомобиль и теперь собирается проехать на нем 4600 км от Нью-Йорка до Сан-Франциско.

Правда, к управлению таким автомобилем придется привыкнуть, так как он передвигается на трех колесах. Машина может вместить двух пассажиров.

Автомобиль, названый своим создателем Urbee 2, состоит из металлического трубчатого каркаса, обшитого 50 пластиковыми элементами, и весит всего 544 килограмма. Благодаря малой массе Urbee 2 расходует очень мало топлива.

Отвечая на вопросы корреспондента Wired о надежности пластмассовой машины, Кор заявил, что она создается в соответствии со стандартами проектирования спорткаров, а, например, лобовое сопротивление пластикового гибрида примерно в два раза меньше, чем у современных гоночных моделей.

Urbee является гибридным: он оснащен двигателем внутреннего сгорания, работающим на бензине и этаноле, а также аккумуляторной батареей. Разгон до 40 км/ч осуществляется за счет электричества, далее подключается двигатель внутреннего сгорания – одна из немногих металлических частей в машине.

По оценке создателя, аккумулятор машины можно полностью зарядить от бытовой электросети или от солнечных батарей, установленных, к примеру, на крыше гаража. В своем 4600-километровом путешествии он намеревается потратить всего 40 литров топлива, правда, планируется ли подзаряжать аккумуляторы в дороге, изобретатель не уточнил.

Прежде чем взяться за разработку Urbee 2, Кор создавал тракторы, автобусы и даже проектировал бассейны. Кор создал собственную фирму Kor Ecologic, занимающуюся экологически чистой 3D-печатью.

Напомним, принтеры для объемной печати появились несколько лет назад, но пока с помощью чаще всего изготовляют не очень сложные пластиковые модели по трехмерным чертежам (скульптуры, уменьшенные модели крупных машин, самолетов или зданий, а также различные научные модели).

Сейчас такие разработки интересны в основном энтузиастам, но лет через какое-то время такие принтеры позволят распечатать в домашних условиях не только пару кроссовок, но и, например, интегральную микросхему, топливную ячейку или фотонный кристалл.

Однако серьезные люди уже используют гораздо более сложные и дорогие промышленные устройства вроде тех, на которых корпорация Lockheed Martin, один из основных подрядчиков американского военного ведомства, изготовляет методом скоростной трехмерной нанопечати печати большую часть деталей своих беспилотных самолетов Polecat.

ВВС США уже используют 3D-принтер на авиабазе Шепард для изготовления макетов беспилотников, а в инженерном центре ECBC Армии США 3D-печать уже давно используют для изготовления некоторых деталей детекторов мин.

Кроме того, специалисты центра недавно предложили сканировать каждого солдата перед отправкой на фронт, чтобы впоследствии в случае ранения была возможность распечатать идеально подходящий протез. Года полтора назад британские ученые смогли запустить в воздух первый в мире беспилотный летательный аппарат, также напечатанный на 3D-принтере.

Производство деталей на 3D-принтере позволит множеству небольших независимых компаний начать выпуск разнообразных моделей авто. Правда, на данный момент технология еще несовершенна. Несмотря на то, что 3D-принтеры каждый год дешевеют, они по-прежнему довольно дороги.

Так, на сборку одного автомобиля у Джима Кора уходит 2,5 тысячи часов, что обуславливает цену в 50 тыс. долларов. Изобретатель уже получил 14 предзаказов на Urbee 2.

Технологии

Компания Local Motors разработала революционный автомобиль под названием Strati.

Самое интересное это то, что автомобиль был построен с помощью 3D принтера.

Впервые в истории кузов и ходовая часть автомобиля были "напечатаны" на 3D принтере.

Что отличает Strati от других автомобилей, так это время, за которое он создается, и рентабельность.

На постройку данного автомобиля нужно всего 44 часа. Кузов и ходовая часть сделана из пластика на основе акрилонитрила, укрепленного углеволокном.

Машина состоит из примерно 50-ти деталей, что мало, если сравнивать с обычными автомобилями, состоящими из тысяч частей.

Стоимость автомобиля составляет около 18 000 долларов США, и его собираются выпустить уже в 2016 году, пророча революцию в автомобилестроении будущего.

Машина, сделанная на 3D принтере (видео)

Печать на 3d принтере

Стоит отметить, что сегодня 3D принтеры используются в различных сферах.

В будущем космонавты будут находиться долгое время вдали от Земли, путешествуя на Марс и другие планеты. Доставка пищи будет невозможной, и им придется самим создавать еду.