Druk 3D w motoryzacji i warsztacie — co warto drukować, a czego nie wolno

Co drukuje przemysł motoryzacyjny

W fabrykach samochodów druk 3D najczęściej nie trafia do gotowego auta, tylko pomaga je zbudować. Ford w zakładzie pilotażowym w Kolonii projektuje przyrządy, szablony i uchwyty montażowe, które drukuje się bezpośrednio w zakładach produkcyjnych. Według artykułu z 2019 roku w produkcji Forda Focusa używano już ponad 50 takich narzędzi. Celem jest szybsze przygotowanie produkcji i lepsza ergonomia pracy montażystów. Szerzej o tym typie zastosowań piszemy w artykule przyrządy i uchwyty produkcyjne z druku 3D.

Drugi obszar to części do aut, których już się nie produkuje. Porsche Classic ogłosiło w 2018 roku, że wytwarza addytywnie rzadkie części do klasyków. Pierwszą była dźwignia wysprzęglika do modelu 959, którego zbudowano tylko 292 egzemplarze. Dźwignię wydrukowano metodą SLM ze stali narzędziowej, sprawdzono w próbie nacisku blisko trzech ton i tomograficznie, a potem testowano w samochodzie. Osiem kolejnych części powstawało w tej samej technologii lub jako elementy z tworzywa spiekanego laserowo, a 20 następnych sprawdzano pod kątem druku. Uzasadnienie było proste: wykonanie nowego narzędzia dla bardzo małej serii się nie opłaca, a druk na żądanie nie wymaga ani narzędzi, ani magazynowania zapasu części.

Druk pojawia się też w autach niskoseryjnych i eksperymentalnych. Koenigsegg One:1 z 2014 roku miał drukowane wnętrza lusterek i kanały powietrza, a pojazd Strati z tego samego roku miał nadwozie wydrukowane z ABS z włóknem węglowym. Warto jednak zauważyć, że krytyczna część w Porsche powstała z metalu i przeszła testy niedostępne w zwykłym warsztacie.

Co ma sens w warsztacie i dla właściciela auta

Dla kierowcy i mechanika druk FDM jest najbardziej przydatny tam, gdzie część jest mała, nie pracuje w układzie krytycznym, a w sklepie trudno ją dostać albo trzeba kupić cały zespół, żeby wymienić jeden złamany zaczep.

• Klipsy, spinki i zaczepy tapicerki, osłon progów i bagażnika, gdy oryginał jest niedostępny lub sprzedawany tylko w komplecie.
• Zaślepki otworów po przełącznikach, haku, czujnikach parkowania lub antenie.
• Uchwyty na telefon, nawigację, kamerę i ładowarkę dopasowane do konkretnej kratki nawiewu lub konsoli.
• Adaptery i ramki montażowe, na przykład do radia, głośników, przycisków lub gniazd USB.
• Drobne elementy deski rozdzielczej i konsoli: pokrywki schowków, prowadnice, przegrody, pokrętła.
• Osłony przewodów, złączy i wiązek poza strefą wysokiej temperatury.
• Narzędzia specjalne: kliny do demontażu tapicerki, szablony do wiercenia, kalibry, uchwyty do trzymania części przy klejeniu.
• Elementy do motocykli i rowerów: uchwyty na kierownicę, osłony, mocowania lampek i liczników, organizery do kufrów.

Wspólny mianownik to wygoda, porządek albo mocowanie drobnego wyposażenia. Gdy zepsuta część jest plastikowym elementem wnętrza, wydruk często jest szybszy niż oczekiwanie na zamiennik.

Jak zaprojektować klips, uchwyt i zaślepkę do auta

Części samochodowe łamią się zwykle w tych samych miejscach: u nasady zaczepu, na krawędzi otworu pod wkręt i w cienkim pasku, który ma się uginać przy montażu. Kopia jeden do jednego powtórzy więc słabość oryginału, a często ją pogłębi, bo wydruk FDM jest najsłabszy w kierunku prostopadłym do warstw. Oryginalny klips wtryskiwany z tworzywa ma jednolitą strukturę, a wydrukowany składa się z warstw, które przy zginaniu w złym kierunku po prostu się rozdzielają.

Dlatego przy projektowaniu warto od razu zaplanować orientację na stole. Sprężyste ramię zatrzasku powinno leżeć płasko, tak żeby uginało się wzdłuż warstw, a nie w poprzek. Uchwyt na telefon, który przenosi ciężar na jednym ramieniu, lepiej pogrubić i zaokrąglić w miejscu przejścia w podstawę. Przy zaślepkach z wciskiem zostaw niewielki luz i dodaj żeberka, które ugną się zamiast pękać. Elementy montowane wkrętami wymagają grubszych ścianek wokół otworu i mocniejszego wypełnienia niż ozdobna pokrywka. Przy kilku wariantach wymiarów, na przykład dla różnych grubości panelu, najtaniej wydrukować je wszystkie od razu i sprawdzić, który pasuje najlepiej.

Wnętrze auta latem: dlaczego PLA odpada

Kabina zaparkowanego samochodu nagrzewa się znacznie mocniej niż powietrze na zewnątrz. W badaniu Uniwersytetu Stanowego Arizony auta stały godzinę w słońcu w dni, gdy temperatura powietrza sięgała ponad 37 °C. Powietrze w kabinie osiągało średnio około 47 °C, a deska rozdzielcza około 69 °C. Nawet w cieniu deska miała około 48 °C. W polskim klimacie upały są łagodniejsze i wartości będą niższe, ale ciemna deska rozdzielcza w pełnym słońcu i tak nagrzewa się wyraźnie mocniej niż powietrze w kabinie.

PLA ma temperaturę zeszklenia około 60–65 °C. Uchwyt z PLA na desce rozdzielczej może więc zmięknąć, opaść pod ciężarem telefonu i trwale się wykrzywić. Do wnętrza auta wybiera się tworzywa z większym zapasem: ASA sprawdza się na elementach w słońcu i przy szybach, PETG wystarczy w miejscach osłoniętych, a PA12 CF ma sens przy częściach sztywnych i bardziej obciążonych. Porównanie wartości z kart technicznych i wyjaśnienie, czym różnią się Tg, HDT i Vicat, znajdziesz w artykule odporność temperaturowa materiałów do druku 3D.

Pod maską: gdzie kończą się możliwości FDM

Komora silnika łączy wysoką temperaturę, drgania i kontakt z olejem, paliwem, płynem chłodniczym oraz solą drogową. Porsche Classic wymagało od swoich plastikowych części, zależnie od zastosowania, odporności na oleje, paliwa, kwasy i światło, a robiło je metodą przemysłowego spiekania proszków. Wydruk FDM z filamentu ma dodatkowo słabsze połączenia między warstwami, więc jego wytrzymałość zależy od kierunku obciążenia.

W praktyce pod maską sensownie drukuje się tylko proste uchwyty wiązek, osłony i zaślepki z dala od kolektora wydechowego, turbosprężarki i chłodnicy. Nylon dobrze znosi oleje i paliwa, o czym piszemy w artykule nylon w druku 3D, ale nawet on nie zamieni wydruku w część do pracy przy samym silniku. Element, który ma dotykać gorących podzespołów albo przewodzić paliwo, zostaw producentowi części.

Bezpieczeństwo: czego nie drukować

To samo dotyczy motocykli i rowerów: dźwignie hamulca, mocowania kierownicy, elementy ramy i widelca nie są zastosowaniem dla wydruku FDM. Bezpiecznie można drukować osłony, uchwyty akcesoriów i elementy porządkujące, których złamanie oznacza tylko niewygodę.

Homologacja i przepisy w zarysie

Nowe samochody osobowe, ciężarowe i przyczepy w Unii Europejskiej muszą mieć homologację typu przed pierwszą rejestracją. Homologacja całego pojazdu składa się z homologacji cząstkowych, między innymi dla układu hamulcowego, emisji, hałasu, rozmieszczenia oświetlenia i układu kierowniczego. Homologować można też poszczególne układy, części i oddzielne zespoły techniczne.

W praktyce wydrukowany klosz lampy, odblask czy element wpływający na oświetlenie albo emisję może nie spełniać wymagań, które spełniała oryginalna część, i sprawić kłopot przy przeglądzie. Drobne elementy wnętrza, uchwyty i zaślepki zwykle nie podlegają takim wymaganiom. Przy częściach, które mogą mieć znaczenie dla dopuszczenia auta do ruchu, sprawdź przepisy lub zapytaj diagnostę przed montażem.

Jak odtworzyć złamaną część

• Zbierz wszystkie fragmenty i zrób zdjęcia miejsca montażu. Często to otoczenie, a nie sam kawałek plastiku, pokazuje, które wymiary są krytyczne.
• Zmierz suwmiarką średnice otworów, rozstaw zaczepów i grubości ścianek. Proste kształty łatwiej zaprojektować od zera niż skanować.
• Przy złożonej geometrii, na przykład kratce nawiewu czy obudowie, skorzystaj ze skanu. Proces opisuje artykuł skanowanie 3D i inżynieria odwrotna.
• W projekcie popraw słabe miejsce oryginału: pogrub zaczep, dodaj zaokrąglenie u nasady, ustaw część tak, żeby warstwy nie pękały pod obciążeniem.
• Wydrukuj jedną sztukę, przymierz ją w aucie i dopiero potem zamów serię lub wersję z docelowego materiału.

Ogólny proces zamawiania części, które trudno kupić, opisuje strona części zamienne. Gotowy plik STL, 3MF, OBJ lub STEP prześlesz do wyceny online, a w uwagach do modelu możesz opisać, gdzie część będzie zamontowana.