Czy można wydrukować samochód, korzystając wyłącznie z technologii druku 3D? Zespół ds. automatyki, robotyki i produkcji z Oak Ridge National Laboratory (ORNL) w Stanach Zjednoczonych dowiódł, że jest to możliwe. Korzystając z opracowanej wspólnie z firmami Local Motors, Sabic i Cincinnati technologii BAAM (ang. Big Area Additive Manufacturing) wydrukował ikonę motoryzacji lat 60. – samochód Shelby Cobra z nadwoziem samonośnym.

Podstawowym materiałem wykorzystanym w tym procesie było tworzywo sztuczne w formie granulatu, z którego po podgrzaniu i ekstrudowaniu za pomocą dyszy – uformowano monolityczny korpus samochodu. Ponieważ uzyskana w ten sposób powierzchnia cechowała się wysoką chropowatością, konieczne było zastosowanie dalszej obróbki wygładzającej. Cały proces trwał ok. 6 tygodni, a więc ponad 50 razy dłużej niż produkcja z zastosowaniem konwencjonalnych metod.

Części z drukarki
Wytwarzanie gotowych pojazdów w technologii przyrostowej z punktu widzenia ekonomiki takiego przedsięwzięcia nie ma większego sensu. Podejmowane w tym kierunku próby mają raczej na celu ukazanie zakresu możliwości wykorzystania druku 3D w branży motoryzacyjnej. To ona bowiem jest dziś największym odbiorcą sprzętu do drukowania przestrzennego, zapewniając ok. 40% przychodów ze sprzedaży drukarek 3D. Ich podstawowym zadaniem jest jednak drukowanie części samochodowych, narzędzi specjalnych oraz prototypów. Sam koncern BMW wytwarza w ten sposób ok. 100 tysięcy komponentów rocznie. Dużą grupę wśród nich stanowią części do modeli z serii i – dynamicznych, energooszczędnych samochodów elektrycznych i elektryczno-spalinowych (hybrydowych) produkowanych na bazie prototypów wytworzonych w technologii przyrostowej.

Druk 3D można również wykorzystać do produkcji części zamiennych do starszych modeli. Jak na razie technologia ta rozwijana jest raczej z myślą o możliwości zdalnego druku komponentów w zakładach samochodowych na podstawie dostarczonego modelu 3D. Korzystanie z niej w produkcji seryjnej jest bowiem kilkakrotnie droższe i bardziej czasochłonne niż konwencjonalne metody wytwarzania. Mimo to producenci wciąż testują nowe techniki druku mogące zoptymalizować ten proces: BMW właśnie ogłosiło, że prowadzi badania nad nowym wariantem CLIP (ang. Continuous Liquid Interface Production) – technologii przyrostowej, w którym materiałem wyjściowym jest żywica fotopolimerowa utwardzana promieniowaniem ultrafioletowym. Proces ten jest 25 do 100 razy szybszy niż konwencjonalne drukowanie przestrzenne i w przeciwieństwie do niego nie pozostawia widocznych warstw. Co istotne, nie wymaga korzystania z narzędzi specjalnych, generując tym samym spore oszczędności.

Produkcja na potrzeby produkcji
Z technologii przyrostowych korzysta również Peugeot: wyprodukowany w koncernie prototyp modelu Fractal o napędzie elektrycznym wyróżnia się bardzo dobrą akustyką kabiny uzyskaną m.in. dzięki drukowanym przestrzennie komponentom o specjalnej, wygłuszającej powierzchni. Z kolei Audi testuje właśnie możliwości wykorzystania druku 3D do wytwarzania narzędzi specjalnych stosowanych w produkcji pojazdów. Powstające w ten sposób elementy mają na razie niewielkie rozmiary (A4 lub A3), a ich podstawową funkcją jest optymalizacja procesów produkcji części samochodowych. Przykładowo, zamiast styropianowych form odlewniczych stosuje się coraz częściej drukowane formy piaskowe, co pozwala zredukować nakłady na obróbkę frezowaniem, a także drukowane koryta spustowe wykorzystywane w procesach odlewania ciśnieniowego oraz komponenty narzędzi stosowanych w obróbce termicznej.

O tym, czy w przyszłości będzie można w ten sposób produkować również gotowe elementy karoserii oraz całe samochody zdecydują dopiero kolejne lata. Pierwszy krok w tym kierunku wykonała firma EDAG, która przed rokiem zdobyła prestiżową nagrodę iF DESIGN AWARD za prototyp ramy samochodowej wydrukowany w całości na drukarce 3D. Projekt o nazwie „EDAG Genesis” jest pierwszym komercyjnym modelem pojazdu stworzonym w technologii przyrostowej. Rama została skonstruowana na podobieństwo skorupy żółwia. Jej trzon tworzy ażurowy szkielet z termoplastiku o wytrzymałości i stabilności nieporównywalnie większej niż konstrukcje tworzone dotąd za pomocą konwencjonalnych metod.

Pionier idzie w świat
W przeciwieństwie do drukowanych nadwozi samonośnych prototyp samochodu sportowego Blade, zaprojektowany przez dyrektora generalnego firmy Divergent Microfactories – Kevina Czingera, wyróżnia się modułową budową opartą na tzw. węzłach wydrukowanych z aluminium i połączonych systemem rurek z włókna węglowego. Zbudowana z takich modułów rama pojazdu jest nie tylko ultralekka (Blade waży zaledwie 635 kg), ale także niezwykle uniwersalna: korzystając z węzłów można w ciągu 20 minut zmontować niemal każdy pojazd – od dwuosobowego samochodu sportowego po pojemnego vana.

Jednak stworzenie drukowanego prototypu stanowi dopiero pierwszy etap długofalowej koncepcji Divergent Microfactories zmierzającej do upowszechnienia stosowania metod przyrostowych w produkcji pojazdów mechanicznych. Firma planuje udostępnić swoją technologię na rynku, zachęcając grupy jej propagatorów do zakładania własnych fabryk samochodów. Według jej wyliczeń wydajność takiego zakładu wyniesie ok. 10 tys. pojazdów rocznie, a koszt jego uruchomienia nie powinien przekraczać 20 mln dolarów, a więc 50 razy mniej niż wysokość standardowych nakładów na podjęcie tego typu przedsięwzięcia.

Liść na drodze
Koncepcja modułowych węzłów znalazła zastosowanie również w kolejnym projekcie firmy EDAG o wiele mówiącej nazwie Light Cocoon. Prototyp składa się z ultralekkiej ramy powstałej z połączenia wielofunkcyjnych drukowanych węzłów i konwencjonalnych profili z wysoko wytrzymałej stali oraz wodoodpornego materiałowego poszycia wyprodukowanego przez firmę Jack Wolfskin. Konstrukcja ramy pojazdu przypomina strukturę blaszki liścia i może być łatwo zaadaptowana do produkcji różnego rodzaju pojazdów.

Rama nie jest jednak jedynym elementem pojazdu wyprodukowanym w technologii przyrostowej. Na drukarce 3D wydrukowano również ultralekką obudowę ładowarki pokładowej o wadze zaledwie 900 g (konwencjonalnie wykonana obudowa waży ok. 2 kg), a także reflektory LED-owe o zwiększonej żywotności.

Drukowana przyszłość
Zaletą tego typu drukowanych rozwiązań jest z jednej strony brak konieczności stosowania drogich narzędzi specjalnych, a z drugiej – możliwość łączenia różnorodnych materiałów, m.in. tworzyw sztucznych, blachy, odlewów i materiałów kompozytowych. Co więcej, dynamiczny wzrost prędkości, zakresu wymiarowego i możliwości drukarek 3D pozwala przewidywać, że docelowo technologia ta może przyczynić się do blisko 100-krotnego wzrostu produktywności zakładów – tak pod względem wolumenu produkcji, jak i jej kosztów.

Już dziś korzystanie z technologii przyrostowych pozwala skrócić czas produkcji narzędzi średnio o 80% w stosunku do tradycyjnych metod, a powstające w ten sposób komponenty w niczym nie ustępują tym wytwarzanym w procesach obróbki skrawaniem. Oferują też dodatkowe korzyści: mogą być wytwarzane na miejscu, co pozwala na redukcję kosztów obsługi logistycznej i utrzymania magazynu.