3D tlač komponentov auta? V Porsche je to realita
Porsche je priekopníkom inovatívnych prístupov a riešení. Aditívna výroba, ako sa 3D tlači tiež hovorí, poskytuje nevídané možnosti. Profitovať z nej budú nové, ale aj staršie autá.
Klasický výrobný proces je zložitejší, než sa na prvý pohľad zdá. Pred tým, než sa spustí sériová výroba určitého komponentu, musí prebehnúť náročný výskum a vývoj. Nesmieme zabudnúť ani na výrobu nástrojov a foriem, ktorá predstavuje jednu z najväčších počiatočných investícií. Ak sa následne náhodou ukáže, že diel nemá také vlastnosti, ako sa od neho požaduje, musí sa celý proces vrátane výroby nových foriem začať odznova. Je to drahé a aj časovo veľmi náročné.
Ako funguje 3D tlač?
Práve tu prichádza na scénu 3D tlač. Jej princíp spočíva v tom, že daný komponent sa vyrába po vrstvách. Podobne ako keď tlačíte dokument na papier, kde tlačová hlavica prechádza zo strany na stranu a postupne dávkuje pár milimetrov atramentu, až kým nevznikne želaný text alebo obrázok, 3D tlač do tohto celého pridáva ešte tretí rozmer. Tvary vznikajú postupným nanášaním materiálu na podklad. Po jeho vytvrdnutí sa nanáša ďalšia vrstva a takto to pokračuje, až kým výsledný tvar nie je hotový.
Samozrejme, v automobilovom priemysle sú nároky na jednotlivé komponenty oveľa vyššie a najväčší potenciálny benefit sa skrýva v dielcoch motora. Tu je vhodný materiál hliník alebo iný kov. 3D tlač preto prebieha inak: miesto postupného nanášania materiálu na želané miesto sa nanesie vždy rovnomerná tenká vrstva napríklad veľmi jemného hliníkového prášku, ktorá sa následne zvára laserom. Po dokončení jednej vrstvy sa nanesie ďalšia, kde sa potrebné miesta opäť zvaria laserom. Táto metóda sa nazýva LMF (Laser Metal Fusion).
Výhody? Môžu vzniknúť tvary, aké konvenčné výrobné metódy neumožňujú. Integrované úchyty, kanály na olej či chladiacu kvapalinu, to všetko pri bežnej výrobe buď vôbec nie je možné, alebo si to vyžaduje použitie viacerých čiastkových dielcov a ich následnú montáž či zváranie, čo zvyšuje komplikovanosť a predlžuje výrobný proces. Pomocou 3D tlače sa tak nielen zjednodušuje výroba, ale zvyšuje sa aj kvalita.
Ďalším pozitívom je extrémny nárast flexibility a rýchla implementácia potrebných zmien. Odpadáva potreba vyrobiť nové formy. Zmeníte zadanie v počítači a od toho momentu tlačíte dielce podľa nových parametrov. Preto je 3D tlač výhodná aj pri malosériových výrobách.
Ostrá skúška
Jedným z prvých horúcich experimentov s 3D tlačou bola výroba piestov rovno pre najvýkonnejšie Porsche 911 všetkých čias: model GT2 RS s výkonom 515 kW (700 k). Keď záťažová skúška, tak poriadna.
Samotné piesty podstúpili optimalizáciu v špeciálnom softvéri, ktorý dokázal identifikovať presné miesta zvýšeného namáhania a podľa toho navrhnúť ich tvar. Vznikajú tak bionické štruktúry (pripomínajúce tie, ktoré nájdeme v prírode), ktoré by štandardným výrobným procesom nebolo možné vyrobiť. Nové piesty boli po vytlačení o 10 % ľahšie a zároveň výrazne pevnejšie než sériové kované piesty. Integrovaný chladiaci kanál znížil ich teplotu až o 20° C. Výsledkom bola možnosť dosiahnuť vyššie maximálne otáčky motora, o 30 koní vyšší výkon a zároveň lepšiu spotrebu paliva. Samozrejme, že nové piesty boli testované na motorovej brzde vyše 200 hodín pod plným výkonom a úspešne prešli všetkými skúškami.
Ďalší potenciál
Ďalší komponent, s ktorým Porsche experimentuje, je nový obal elektromotora a prevodovky. Vďaka 3D tlači sa podaril vyrobiť ako jediný diel, ktorý sa pýši hmotnosťou nižšou až o 40 % v porovnaní s konvenčným obalom. Táto úspora sa podarila dosiahnuť vďaka integrácii funkcií a optimalizácii vrstvenia materiálu a predstavuje až 10 % zníženie hmotnosti celej pohonnej jednotky (aj s elektromotorom a dvojstupňovou prevodovkou). Tuhosť obalu je pritom výrazne vyššia. Napriek rovnomernej hrúbke stien iba 1,5 milimetra je tuhosť medzi elektromotorom a prevodovkou vyššia až o 100 percent vďaka špeciálnej mriežkovej štruktúre pripomínajúcej včelí plást.
Tá navyše redukuje chvenie tenkých stien púzdra, čo znižuje hlučnosť pohonnej jednotky. Vďaka integrácii dielcov je pohonná jednotka výrazne kompaktnejšia, lepšia a zjednodušuje výrobný proces až o 40 krokov. To je ekvivalent skrátenia výrobného procesu o približne 20 minút. Ďalšou výhodou je integrácia výmenníka tepla prevodovky a jeho vylepšený dizajn zlepšuje chladenie celej pohonnej jednotky. To je základný predpoklad pre ďalšie zvyšovanie výkonu do budúcnosti.
Aj pre staršie autá
Spomínaná flexibilita výroby pomocou 3D tlače znamená, že malosériová výroba dáva oveľa väčší ekonomický zmysel, čo dáva priestor aj pre dielce do starších modelov, ktorých výroba sa už skončila. Tento proces teda využíva aj Porsche Classic na reprodukciu plastových, kovových či zliatinových dielcov. Niektoré znovu dostupné dielce na historické modely Porsche sú tak už vyrobené pomocou 3D tlače. Zatiaľ ich je vyše 20 a ich počet priebežne rastie.
3D tlač je veľmi zaujímavá aj pre malosériovú výrobu a motoršport. Porsche plánuje tento princíp využívať aj v budúcnosti, aby zákazníkom prinieslo tie najmodernejšie technologické novinky, vyšší výkon a aj fascinujúce individuálne produkty.
