Det är möjligt att 3D-printa en gångjärnsarm till en sportbil som kostar hälften så mycket att producera och som är 35 procent lättare, jämfört med en fräst del. Det visar ett designprojekt som forskningsinstitutet Frauenhofer IAPT står bakom. Resultaten kan appliceras även på andra komponenter i bilindustrin, enligt forskarna.
Experterna på Frauenhofer IAPT har utvecklat särskilda designmetoder för additiv tillverkning. I det här fallet har en arm till ett dörrgångjärn som sitter på en högprofilerad sportbil designats om. I projektet har man steg för steg identifierat de faktorer som påverkar komponentens kostnad.
Inledningsvis bestämde forskarna den mest kostnadsoptimala designen för själva utskriftsprocessen. På så sätt var det möjligt att minimera användningen av stödstrukturer och samtidigt kunde antalet komponenter som fick plats på byggplattformen maximeras. Denna optimeringsprocess innebar en kostnadsbesparing på 15 procent.
Strukturell optimering
I nästa steg optimerades gångjärnsarmens struktur genom att geometrierna ändrades. Detta gav komponenten en grundform som endast innehöll material där det simulerade kraftflödet krävde det. Denna åtgärd minskade vikten med 35 procent. Och tack vare de minskade materialkraven och den kortare utskriftstiden sjönk kostnaderna med ytterligare 20 procent jämfört med om strukturell optimering inte skulle använts.
Det finns ytterligare parametrar som kan sänka kostnaderna. Det kan till exempel handla om en högre skikttjocklek under utskriften, optimering av processparametrar och deformation av laserstrålens profil som minskar byggtiden avsevärt. Vidare är det möjligt att med så kallad nesting, en mjukvara som optimerar byggvolymen i 3D-skrivaren, och vid behov även stapla i byggområdet sänka kostnaderna ytterligare.
Förbättrad teknisk prestanda
Sammantaget visar resultaten från studien att komponenten kunde tillverkas till en 80 procent längre kostnad än en 3D-printad del utan samma optimeringar. Dessutom visade resultaten att fordonets tekniska prestanda ökade genom till exempel en lägre vikt. Den viktigaste punkten är dock att detta gjorde att kostnaden för att tillverka en liten serie gångjärnsarmar för en sportbilsdörr kunde reduceras med 50 procent jämfört med konventionell fräsning. Additiv tillverkning är därför inte bara överlägsen fräsning vad gäller teknisk prestanda, utan också betydligt mer kostnadseffektiv.
Enligt Frauenhofer IAPT kan denna studie tillämpas på ett brett utbud av fordonskomponenter och additiv tillverkning kan användas lönsamt i större serier på upp till 5000 enheter.
