Kryt motoru pro elektromobily pomocí 3D tisku

Úvod: Revoluce v oblasti krytů motorů pro elektromobily pomocí aditivní výroby kovů

Automobilový průmysl prochází seismickou změnou, která je způsobena zrychlujícím se přechodem na elektromobily. Tento přechod neznamená jen nahrazení spalovacích motorů bateriemi a elektromotory, ale zásadně mění architekturu vozidel, očekávané výkony a výrobní metodiky. Srdcem hnacího ústrojí elektromobilu je elektromotor, který je obklopen touto kritickou součástí. Pouzdra motorů elektromobilů, která se tradičně vyráběla odléváním nebo obráběním, jsou nyní hlavními kandidáty na změnu díky pokročilým výrobním technikám, zejména kov 3D tisk, známý také jako aditivní výroba (AM).  

Kryt motoru elektromobilu plní několik zásadních funkcí: poskytuje konstrukční podporu součástem motoru, chrání je před vlivy prostředí a fyzickými nárazy, pomáhá při tepelném řízení odváděním tepla a přispívá k tlumení hluku, vibrací a drsného chování (NVH). S rozvojem technologie elektromobilů, která vyžaduje vyšší hustotu výkonu, lepší účinnost a nižší hmotnost, je konstrukce a výroba krytů motorů stále složitější a kritičtější. Inženýři čelí výzvě vytvářet lehčí a složitější pouzdra s integrovanými prvky, jako jsou chladicí kanály, montážní body a optimalizovaná geometrie, což jsou výzvy, které často posouvají hranice běžné výroby.  

Toto je místo aditivní výroba kovů se jeví jako transformační řešení. Na rozdíl od subtraktivních metod (obrábění) nebo formovacích metod (odlévání) vytváří AM díly vrstvu po vrstvě přímo z digitálních modelů pomocí vysoce výkonných kovových prášků. Tento přístup otevírá nebývalou konstrukční svobodu a umožňuje vytvářet složité a lehké konstrukce, jejichž výroba byla dříve nemožná nebo neúnosně drahá. Pro kryty motorů pro elektromobily to znamená významné příležitosti pro:  

• Odlehčení: Snížení hmotnosti vozidla má zásadní význam pro prodloužení dojezdu a zlepšení výkonu. Technologie AM umožňuje optimalizaci topologie a vytváří skříně s materiálem pouze tam, kde je to z konstrukčního hlediska nezbytné, což výrazně snižuje hmotnost ve srovnání s tradičními konstrukcemi.  
• Vylepšený tepelný management: Složité vnitřní chladicí kanály mohou být integrovány přímo do konstrukce krytu, což zlepšuje odvod tepla z motoru a baterie, zvyšuje účinnost a životnost.  
• Konsolidace částí: Více komponent, které se dříve montovaly dohromady, lze přepracovat a vytisknout jako jediný integrovaný díl, čímž se zkrátí doba montáže, sníží se počet možných poruchových míst a celková složitost.  
• Rychlé prototypování a iterace: AM umožňuje výrobcům rychle vyrábět a testovat různé konstrukce pouzder, což urychluje vývojové cykly a optimalizuje výkon mnohem rychleji, než to umožňují tradiční metody založené na nástrojích.  
• Výroba a přizpůsobení na vyžádání: Digitální výroba usnadňuje flexibilní výrobní harmonogramy a možnost vytvářet varianty skříní na míru pro konkrétní modely vozidel nebo výkonnostní požadavky bez nutnosti nákladných úprav nástrojů.  

Společnosti specializující se na 3D tisk z kovu, jako je Met3dp, stojí v čele aplikace této technologie v náročných automobilových aplikacích. Díky zkušenostem se zpracováním pokročilých materiálů a provozem nejmodernějších tiskových systémů nabízejí poskytovatelé, jako je Met3dp, řešení, která splňují přísné normy kvality a výkonu v automobilovém průmyslu. Schopnost vyrábět složité komponenty pro elektrická vozidla s použitím materiálů, jako jsou vysokopevnostní slitiny hliníku nebo superslitiny niklu, otevírá nové možnosti pro Konstrukce skříně elektromotoru a optimalizace výkonu. Vzhledem k tomu, že inženýři a manažeři veřejných zakázek hledají pokročilá výrobní řešení získat konkurenční výhodu na rozvíjejícím se trhu s elektromobily, je stále důležitější pochopit potenciál kovové AM pro komponenty, jako jsou kryty motorů. Tento článek se zabývá funkcemi, výhodami, materiály, konstrukčními úvahami a strategiemi nákupu spojenými s využitím kovového 3D tisku pro tyto kritické komponenty automobilové konstrukční díly.  

Základní funkce a aplikace krytů motorů pro elektromobily

Kryt motoru elektromobilu, někdy označovaný jako skříň nebo kryt motoru, je mnohem víc než jen pouhý kryt. Je to multifunkční, kritická součást motoru Pohon elektromobilu systému, což má přímý vliv na výkon, spolehlivost a bezpečnost vozidla. Pochopení jeho základních funkcí je zásadní pro pochopení toho, proč optimalizace jeho konstrukce a výrobního procesu pomocí technik, jako je aditivní výroba, nabízí významné výhody.

Klíčové funkce:

1. Konstrukční podpora a vyrovnání:
   • Skříň tvoří pevný rám, který udržuje vnitřní součásti motoru (stator, rotor, ložiska, hřídele) v přesném souladu. Zachování těchto těsných tolerancí je klíčové pro účinný přenos výkonu, minimalizaci opotřebení a zajištění provozní životnosti motoru.
   • Slouží jako primární montážní rozhraní, které bezpečně upevňuje sestavu motoru k podvozku nebo poloosám vozidla. To vyžaduje vysokou pevnost a tuhost, aby bylo možné zvládnout statické zatížení a dynamické síly při zrychlování, brzdění a zatáčení.
2. Ochrana:
   • Životní prostředí: Kryt chrání citlivé vnitřní součásti motoru před vnějšími nečistotami, jako je prach, vlhkost, silniční nečistoty a chemikálie. Toto utěsnění má zásadní význam pro prevenci koroze, zkratů a předčasných poruch, zejména vzhledem k umístění mnoha motorů elektromobilů pod karoserií.
   • Fyzický dopad: Poskytuje ochranu proti nárazům od nečistot na silnici nebo drobným kolizím a chrání integritu motoru.
3. Tepelný management:
   • Elektromotory při provozu vytvářejí značné množství tepla, zejména při vysokém zatížení. Nadměrné teplo může zhoršit výkon motoru, snížit účinnost a poškodit součásti, jako je vinutí a magnety.  
   • The funkce krytu motoru včetně funkce chladiče. Materiál a geometrie pouzdra jsou navrženy tak, aby absorbovaly teplo ze statoru a dalších součástí a odváděly je do okolního prostředí nebo do speciálního chladicího systému (kapalina nebo vzduch). Efektivní tepelný management EV systémy se často spoléhají na konstrukci pouzdra, které někdy obsahuje integrované chladicí kanály nebo žebra.  
4. Tlumení hluku, vibrací a drsnosti (NVH):
   • Elektromotory pracují při vysokých frekvencích a mohou vytvářet nežádoucí hluk a vibrace. Skříň motoru přispívá k NVH tím, že tlumí hluk, tlumí vibrace a zabraňuje rezonancím, které by se mohly přenášet do kabiny vozidla. Hmotnost, tuhost a tlumicí charakteristiky skříně se ladí ve fázi návrhu.  
5. Elektromagnetická kompatibilita (EMC):
   • Kryt často zajišťuje elektromagnetické stínění, které minimalizuje vyzařování elektromagnetického rušení (EMI) generovaného motorem, které by mohlo ovlivnit ostatní elektronické systémy ve vozidle. Chrání také motor před vnějšími elektromagnetickými poli.  

Typické aplikace a odvětví:

Ačkoli se zde primárně zaměřujeme na osobní elektromobily (EV), principy a funkce motorových skříní se vztahují na širší škálu aplikací:

• Osobní elektromobily (BEV, PHEV, HEV): Největší a nejrychleji rostoucí aplikace, která vyžaduje lehká, účinná a cenově výhodná pouzdra.
• Komerční elektrická vozidla: Elektrické autobusy, nákladní automobily a dodávky často vyžadují větší a robustnější skříně, které jsou schopné zvládnout vyšší zatížení a nepřetržitý provoz.
• Elektrické motocykly a skútry: Menší měřítko, ale stále náročné na lehké a tepelně účinné konstrukce.
• Motorsport: Vysoce výkonné elektrické závodní automobily kladou důraz na extrémní odlehčení, maximální tepelný výkon a rychlé opakování konstrukce, což je pro AM ideální.
• Letectví: Elektrické pohonné systémy pro vozidla městské vzdušné mobility (UAM) a drony vyžadují kryty splňující přísné letecké normy pro hmotnost, spolehlivost a vlastnosti materiálů.
• Průmyslová automatizace: Elektrické motory jsou v robotice a strojích všudypřítomné; kryty chrání motory v náročném továrním prostředí.

Vzhledem k těmto kritickým funkcím je návrh a výroba Komponenty hnacího ústrojí EV stejně jako kryty motorů podléhají přísným inženýrským a validačním procesům. Potřeba pevných, lehkých, tepelně vodivých a složitých automobilové konstrukční díly je kryt motoru zajímavou aplikací pro zkoumání výhod pokročilých výrobních procesů, jako je např 3D tisk z kovu. Manažeři nákupu sourcingu ochrana elektromotoru řešení a konstruktéři navrhující pohonné jednotky nové generace stále častěji hodnotí AM pro její potenciál poskytovat vyšší výkon a flexibilitu konstrukce ve srovnání s tradičními metodami.

Proč je 3D tisk z kovu vhodný pro výrobu krytů motorů pro elektromobily

Tradiční výrobní metody pro skříně motorů, především odlévání (tlakové lití, lití do písku) a CNC obrábění ze sochorů, slouží v tomto odvětví dobře. Tyto metody však mají svá omezení, zejména pokud jde o složitost konstrukce, dodací lhůty pro nástroje, plýtvání materiálem (obrábění) a možnost rychlé iterace nebo přizpůsobení konstrukce. Aditivní výroba kovů (AM) nabízí přesvědčivou alternativu a přináší řadu výhod, které jsou zvláště výhodné pro výrobu nejmodernějších krytů motorů pro elektromobily.

The výhody aditivní výroby v automobilovém průmyslu jsou stále více uznávány a přesouvají se z výroby prototypů do výroby funkčních dílů. U krytů motorů pro elektromobily se tyto výhody projevují v hmatatelném zlepšení výkonu, účinnosti a rychlosti vývoje.

Klíčové výhody AM kovů pro kryty motorů pro elektromobily:

1. Bezprecedentní volnost designu & Komplexnost:
   • Optimalizace topologie: AM umožňuje konstruktérům pomocí softwarových nástrojů určit nejefektivnější cesty zatížení a odstranit materiál z nekritických oblastí. Výsledkem jsou organické, vysoce optimalizované tvary, které zachovávají strukturální integritu a zároveň výrazně snižují hmotnost - což je klíčový cíl při konstrukci elektromobilů. Optimalizace topologie skříní motorů může přinést úsporu hmotnosti 20-50 % nebo více ve srovnání s litými ekvivalenty.  
   • Složité geometrie: AM vytváří díly vrstvu po vrstvě, což umožňuje vytvářet složité vnitřní prvky, které je nemožné nebo velmi obtížné dosáhnout odléváním nebo obráběním. To zahrnuje:
     • Integrované chladicí kanály: Konformní chladicí kanály, které přesně kopírují obrysy součástí generujících teplo (např. statoru), lze vytisknout přímo do stěn skříně. To výrazně zvyšuje účinnost přenosu tepla ve srovnání s jednoduchými vnějšími žebry nebo samostatnými chladicími plášti.
     • Vnitřní žebrování a mřížky: Složité vnitřní struktury mohou zvýšit tuhost a pevnost, aniž by se zvýšila hmotnost.
     • Optimalizované cesty toku: Dráhy kapalin pro mazání nebo chlazení lze navrhnout pro maximální účinnost bez omezení tradičních vrtacích nebo licích průvanů.
   • Konsolidace částí: Sestavy, které dříve vyžadovaly více komponent (např. tělo skříně, montážní konzoly, chladicí pláště, držáky senzorů), lze často přepracovat a vytisknout jako jedinou integrovanou jednotku. Tím se snižuje počet dílů, eliminují se montážní kroky a náklady, minimalizují se potenciální cesty úniku a zlepšuje se celková strukturální integrita.
2. Odlehčení:
   • Jak již bylo zmíněno, optimalizace topologie a schopnost vytvářet tenkostěnné struktury s vnitřními mřížkami umožňují výrazně snížit hmotnost. Lehčí Součástky pro elektromobily přímo přispívají k prodloužení dojezdu vozidla, zlepšení zrychlení a ovladatelnosti a snížení celkové spotřeby energie. Slitiny hliníku, jako je AlSi10Mg, běžně používané v AM, nabízejí vynikající poměr pevnosti a hmotnosti, který je pro tento účel ideální.  
3. Rychlé prototypování a zrychlený vývoj:
   • AM eliminuje potřebu drahého a časově náročného nástrojového vybavení (např. odlévací formy). Nový Konstrukce skříní motorů pro elektromobily lze tisknout přímo ze souborů CAD v řádu dnů, nikoli týdnů či měsíců.  
   • Tato schopnost pro rychlé prototypování EV komponenty umožňuje inženýrům rychle otestovat více iterací návrhu, provést funkční testy (tepelné, strukturální, NVH) a ověřit zlepšení výkonu mnohem dříve ve vývojovém cyklu. To výrazně zkracuje dobu uvedení nových modelů vozidel nebo modernizací hnacího ústrojí na trh.  
4. Výroba a přizpůsobení na vyžádání:
   • AM umožňuje automobilové díly na vyžádání výrobu bez potřeby velkých zásob. Pouzdra lze tisknout podle potřeby, což snižuje náklady na skladování a odpad.  
   • Usnadňuje přizpůsobení pro malosériové varianty vozidel, výkonnostní vylepšení nebo aplikace v motorsportu bez vysokých nákladů na nástroje. Úpravou digitálního souboru lze snadno realizovat různé konstrukce vnitřních kanálů nebo konfigurace montáže.  
5. Všestrannost materiálu:
   • Procesy AM mohou pracovat s rostoucím počtem vysoce výkonných kovů, které jsou důležité pro potřeby automobilového průmyslu, včetně lehkých hliníkových slitin (např. AlSi10Mg) pro všeobecné použití a vysoce pevných a teplotně odolných niklových superslitin (např. IN625) pro náročné vysoce výkonné nebo vysokoteplotní aplikace. Společnosti, jako je Met3dp, se specializují na vývoj a kvalifikaci vysoce výkonné kovové prášky optimalizované pro procesy AM, jako je selektivní laserové tavení (SLM) nebo tavení elektronovým svazkem (EBM).  
6. Snížení množství materiálového odpadu:
   • V porovnání se subtraktivní výrobou (obrábění z polotovaru), při níž se značné množství materiálu odřezává a stává se z něj odpad, je AM aditivní proces. Využívá pouze materiál potřebný k výrobě dílu (plus podpůrné struktury), což vede k podstatně menšímu množství odpadu, a je tak udržitelnějším výrobním přístupem, zejména u drahých slitin.  

Srovnávací tabulka: Pro kryty motorů pro elektromobily

Vlastnosti	Výroba aditiv kovů (AM)	Tradiční odlévání (např. tlakové lití)	Tradiční obrábění (ze sochoru)
Složitost návrhu	Velmi vysoká (složité vnitřní kanály, mřížky)	Mírná (omezená konstrukcí formy, úhly tahu)	Vysoká (ale interní funkce jsou obtížné/nákladné)
Odlehčení	Vynikající (optimalizace topologie)	Dobrý (lze optimalizovat, ale je to omezeno procesem)	Mírná (omezená výchozím tvarem polotovaru)
Konsolidace částí	Vynikající	Omezený	Omezený
Náklady na nástroje	Žádný	Vysoká (náklady na plísně)	Nízká (svítidla)
Dodací lhůta nástrojů	Žádný	Dlouhá (týdny/měsíce)	Krátké
Rychlost prototypování	Velmi rychle (dny)	Pomalé (vyžaduje nástroje)	Středně rychlý
Materiálový odpad	Nízká (aditivní proces)	Středně těžké (běžci, brány, blesky)	Vysoká (subtraktivní proces)
Náklady na malý objem	Konkurenční	Vysoká (kvůli amortizaci nástrojů)	Vysoká (doba obrábění)
Vysoké objemové náklady	Vyšší (v současné době se zlepšuje)	Nízký	Vysoký
Možnosti materiálu	Rostoucí rozsah (slitiny Al, Ti, Ni, oceli)	Stanovený rozsah (slitiny Al, Mg, Zn)	Široký rozsah (jakýkoli obrobitelný blok)
Tepelný management	Vynikající (integrované konformní kanály)	Dobrý (ploutve, základní kanály možné)	Středně těžká (omezený vnitřní přístup)
Min. Tloušťka stěny	Lze dosáhnout velmi tenkých stěn	Omezeno tokem materiálu ve formě	Omezeno přístupem k nástroji a tuhostí

Export do archů

Zatímco odlévání zůstává v současnosti dominantní pro velkoobjemové, nákladově citlivé výrobní série, 3D tisk z kovu nabízí přesvědčivé výhody pro aplikace zaměřené na výkon, rychlý vývoj, složité konstrukce a výrobu v malých až středních objemech. S tím, jak technologie dozrává, snižují se náklady a zvyšuje se rychlost tisku, je AM připravena hrát stále významnější roli ve výrobě kritických výrobků Komponenty hnacího ústrojí EV jako jsou skříně motorů. Spolupráce se zkušenou firmou aditivní výroba poskytovatele, jako je Met3dp, který rozumí nuancím výroba složitých geometrií a vědy o materiálech, je klíčem k uvolnění těchto výhod velkoobchodní 3D tisk potřeby nebo specializované zdroje komponentů.  

Optimální materiály pro 3D tištěné kryty motorů pro elektromobily: AlSi10Mg a IN625 Deep Dive

Výběr správného materiálu je pro úspěch každé technické aplikace zásadní a 3D tištěné kryty motorů pro elektromobily nejsou výjimkou. Výběr materiálu přímo ovlivňuje hmotnost, pevnost, tepelnou vodivost, odolnost proti korozi, vyrobitelnost a náklady. Přestože v aditivní výrobě lze použít různé kovové prášky, dva z nich jsou pro tuto aplikaci obzvláště důležité: AlSi10Mg (slitina hliníku) a IN625 (niklová superslitina).  

Pochopení vlastností a charakteristik těchto materiálů je zásadní pro inženýry, kteří navrhují komponenty, a pro manažery, kteří zajišťují nákupy služby kovového 3D tisku. Přední dodavatelé prášků a poskytovatelé AM služeb, jako je Met3dp, využívají své odborné znalosti v oblasti materiálových věd a pokročilé techniky výroby prášků (např. plynová atomizace), aby mohli nabídnout vysoce výkonné kovové prášky optimalizované pro procesy AM, které zajišťují konzistentní kvalitu a žádoucí vlastnosti finálních dílů. Portfolio společnosti Met3dp&#8217 zahrnuje širokou škálu materiálů, včetně nerezových ocelí, superslitin a různých titanových slitin, což ukazuje jejich schopnosti nad rámec dvou zde diskutovaných, ale AlSi10Mg a IN625 slouží jako vynikající příklady pro kryty motorů pro elektromobily. Prozkoumejte rozsáhlou nabídku Met3dp’ nabídky produktů pro širší přehled dostupných materiálů.

1. AlSi10Mg (slitina hliníku, křemíku a hořčíku)  

AlSi10Mg je jednou z nejpoužívanějších hliníkových slitin při aditivní výrobě kovů, zejména při laserové fúzi v práškovém loži (LPBF), často označované jako selektivní laserové tavení (SLM). Je to v podstatě ekvivalent tradičních slitin pro odlévání, jako je A360.  

• Klíčové vlastnosti a výhody krytů motorů pro elektromobily:
  • Vynikající poměr pevnosti k hmotnosti: Hliníkové slitiny jsou ze své podstaty lehké. Slitina AlSi10Mg má dobrou mechanickou pevnost a tvrdost, zejména po vhodném tepelném zpracování, takže je ideální pro snížení hmotnosti vozidla bez narušení strukturální integrity.  
  • Dobrá tepelná vodivost: Hliníkové slitiny dobře vedou teplo, což je výhodné pro odvádění tepla generovaného elektromotorem. Tepelné vlastnosti slitiny AlSi10Mg&#8217 sice nejsou tak vodivé jako u čistého hliníku, ale obecně jsou dostatečné pro mnoho požadavků na chlazení elektromotorů, zejména v kombinaci s optimalizovanými chladicími kanály s podporou AM.  
  • Dobrá odolnost proti korozi: Poskytuje dostatečnou odolnost proti korozi v prostředí pro typické podmínky automobilové karoserie.
  • Vynikající tisknutelnost: AlSi10Mg je známý svou relativně dobrou zpracovatelností v systémech LPBF. Má vhodný rozsah tavení a obecně dobrou sypnost jako prášek, což při správném zpracování vede k hustým a vysoce kvalitním dílům.
  • Efektivita nákladů: V porovnání se slitinami titanu nebo niklu jsou hliníkové prášky výrazně cenově výhodnější, takže AlSi10Mg je vhodný pro širší využití v osobních elektromobilech, kde jsou náklady hlavním faktorem.  
  • Možnosti následného zpracování: Lze je snadno tepelně zpracovat (např. stárnutím T6), aby se výrazně zlepšily mechanické vlastnosti (pevnost, tvrdost). Lze jej také obrábět, leštit a eloxovat.  
• Úvahy:
  • Nižší pevnost při vysokých teplotách: V porovnání s ocelí nebo superslitinami ztrácejí hliníkové slitiny při zvýšených teplotách (obvykle nad 150-200 °C) výrazně na pevnosti. To může omezovat jejich použití v extrémně výkonných motorech nebo v prostředí se špatným chlazením.
  • Tažnost: Slitiny AlSi10Mg vytištěné v podobě as-printed mohou být ve srovnání s tepanými hliníkovými slitinami relativně křehké. Tepelné zpracování může zlepšit tažnost, ale často znamená kompromis s maximální pevností.  
• Typický případ použití: Standardní osobní elektromobily, komerční elektromobily, aplikace, kde je hlavním cílem nízká hmotnost a dobrý tepelný výkon při mírných provozních teplotách.

Přehled vlastností AlSi10Mg (typická LPBF, tepelně zpracovaná)

Vlastnictví	Typický rozsah hodnot	Jednotka	Poznámky
Hustota	~2.67	g/cm3	Lehká váha
Maximální pevnost v tahu	400 – 480	MPa	Velmi závislé na tepelném zpracování (T6)
Mez kluzu	250 – 350	MPa	Velmi závislé na tepelném zpracování (T6)
Prodloužení po přetržení	3 – 10	%	Nižší tažnost než u tepaných slitin
Tvrdost	100 – 140	HV	Dobrá odolnost proti opotřebení
Tepelná vodivost	100 – 140	W/(m⋅K)	Dobré pro tepelný management
Maximální provozní teplota.	~150 – 200	∘C	Pevnost se snižuje při vyšších teplotách

Export do archů

2. IN625 (Inconel® 625 – nikl-chromová superslitina)

Inconel 625 je vysoce výkonná superslitina na bázi niklu, která je známá pro svou výjimečnou kombinaci vysoké pevnosti, vynikající únavové životnosti, mimořádné odolnosti proti korozi/oxidaci a vynikající výkonnosti při extrémních teplotách (od kryogenních až do ~1000 °C).  

• Klíčové vlastnosti a výhody krytů motorů pro elektromobily:
  • Výjimečná odolnost při vysokých teplotách: IN625 si zachovává své mechanické vlastnosti i při velmi vysokých teplotách, při kterých by hliníkové slitiny selhaly. Díky tomu je vhodný pro vysoce výkonné elektromotory pracující při extrémním zatížení nebo v prostředí s omezenou chladicí kapacitou.
  • Vynikající odolnost proti korozi: Nabízí vynikající odolnost vůči široké škále korozních prostředí, včetně oxidace a chloridových iontových korozních trhlin. Ideální pro náročné provozní podmínky nebo požadavky na dlouhou životnost.
  • Vysoká pevnost a odolnost: Poskytuje výrazně vyšší pevnost v tahu a mez kluzu ve srovnání s AlSi10Mg, což umožňuje potenciálně tenčí stěny nebo náročnější konstrukční zatížení. Vykazuje také dobrou houževnatost.
  • Vynikající životnost při únavě: Kritické pro součásti vystavené cyklickému zatížení, jako jsou skříně motorů, které jsou často vystaveny rotačním silám a vibracím.
  • Dobrá svařitelnost / tisknutelnost: Ačkoli je zpracování IN625 náročnější než u hliníkových slitin kvůli vysokému bodu tání a tepelným gradientům, je obecně považován za jednu z nejlépe zpracovatelných niklových superslitin pomocí LPBF. Dosažení vysoké hustoty a dobrých mechanických vlastností vyžaduje pečlivou optimalizaci parametrů, což je oblast, ve které zkušení poskytovatelé, jako je Met3dp, vynikají.
• Úvahy:
  • Vysoká hustota: Slitiny niklu jsou výrazně hustší než slitiny hliníku (hustota IN625 je ~8,44 g/cm³ oproti ~2,67 g/cm³ pro AlSi10Mg). Použití IN625 bude mít za následek mnohem těžší pouzdro, pokud nebudou konstrukce agresivně optimalizovány tak, aby využívaly jeho vyšší pevnost. To je často v rozporu s cíli odlehčení, pokud není vysoká teplota nebo pevnost absolutní nutností.
  • Nižší tepelná vodivost: IN625 má ve srovnání s AlSi10Mg mnohem nižší tepelnou vodivost (~10 W/(m-K)). To znamená, že odvod tepla prostřednictvím samotný materiál pouzdra je méně účinný. Efektivní tepelný management u IN625 závisí spíše na integrovaných chladicích kanálech než na vedení tepla skrze objemový materiál.
  • Vyšší náklady: Prášky z niklových superslitin jsou podstatně dražší než prášky z hliníku a doba tisku může být delší kvůli vyššímu příkonu energie. To omezuje použití IN625 především na aplikace s vysokou hodnotou a kritickým výkonem.
  • Složitost následného zpracování: Často vyžaduje specifické tepelné zpracování za účelem uvolnění napětí ve vakuu nebo v řízené atmosféře, aby se optimalizovaly vlastnosti a minimalizovalo zbytkové napětí. Obrábění superslitin je také náročnější než obrábění hliníku.  
• Typický případ použití: Vysoce výkonné elektromobily (motorsport), luxusní elektromobily s extrémními požadavky na výkon, elektrický pohon v letectví a kosmonautice, aplikace vyžadující provoz při velmi vysokých teplotách nebo ve vysoce korozivním prostředí.

Přehled vlastností IN625 (typická LPBF, odlehčená/stará)

Vlastnictví	Typický rozsah hodnot	Jednotka	Poznámky
Hustota	~8.44	g/cm3	Výrazně těžší než hliník
Maximální pevnost v tahu	850 – 1100	MPa	Vynikající pevnost
Mez kluzu	500 – 800	MPa	Vysoká pevnost v tahu
Prodloužení po přetržení	20 – 40	%	Dobrá tažnost/houževnatost na superslitinu
Tvrdost	250 – 350	HV	Velmi tvrdé a odolné proti opotřebení
Tepelná vodivost	~10	W/(m⋅K)	Relativně nízká
Maximální provozní teplota.	~800 – 1000	∘C	Vynikající výkon při vysokých teplotách

Export do archů

Shrnutí výběru materiálu:

Faktor	AlSi 10Mg	IN625	Primární volba pro:
Hmotnost	Výborný (lehký)	Špatný (těžký)	AlSi10Mg pro většinu osobních/komerčních elektromobilů
Náklady	Dobrý (nižší)	Špatný (vysoký)	AlSi10Mg pro aplikace citlivé na cenu
Tepelná vodivost	Dobrý	Špatný	AlSi10Mg (pokud to nevylučují složité chladicí kanály)
Pevnost při vysokých teplotách	Špatný	Vynikající	IN625 pro extrémní teploty/výkonnostní aplikace
Absolutní síla	Dobrý	Vynikající	IN625 v případě potřeby maximální pevnosti/odolnosti
Odolnost proti korozi	Dobrý	Vynikající	IN625 pro drsné prostředí
Možnost tisku	Dobrý	Mírný	AlSi10Mg obecně snadněji zpracovatelný

Export do archů

Závěr o materiálech:

Pro většinu aplikací krytů motorů elektrických vozidel, AlSi 10Mg nabízí nejlepší poměr vlastností - nízkou hmotnost, dobrou tepelnou vodivost, přiměřenou pevnost, dobrou potiskovatelnost a nižší cenu. Pro specifické aplikace vyžadující extrémní teplotní odolnost, maximální pevnost nebo vynikající odolnost proti korozi, IN625 poskytuje možnosti, kterým se hliník nevyrovná, i když za cenu vyšší hmotnosti a nákladů.

Výběr závisí do značné míry na konkrétních požadavcích na výkon, provozním prostředí a nákladových cílech projektu EV. Spolupráce se znalým výběr materiálů pro automobilový průmysl odborníka nebo poskytovatele služeb AM, jako je Met3dp, který má zkušenosti se zpracováním jak 3D tisk z hliníkové slitiny materiály a aditivní výroba niklových superslitin prášky, je rozhodující pro optimální výběr a dosažení požadovaných výsledků. Závazek společnosti Met3dp&#8217 vyrábět vysoce kvalitní kovové prášky pomocí pokročilých technik rozprašování zajišťuje, že výchozí materiál splňuje přísné požadavky pro náročné aplikace, jako jsou skříně motorů elektromobilů.  

Principy návrhu pro aditivní výrobu (DfAM) pro kryty motorů elektrických vozidel

Pouhým převzetím návrhu určeného k odlévání nebo obrábění a jeho odesláním do kovové 3D tiskárny se málokdy dosáhne optimálních výsledků. Aby inženýři skutečně využili výhod aditivní výroby - odlehčení, komplexní geometrie, konsolidace dílů a lepší tepelný výkon - musí přijmout následující opatření Design pro aditivní výrobu (DfAM) zásady. DfAM je metodika návrhu, která od počátku zohledňuje možnosti a omezení procesů AM, což vede k dílům, které jsou nejen tisknutelné, ale také optimalizované z hlediska funkčnosti a vyrobitelnosti. Použití Automobilový průmysl DfAM strategie je při vývoji vysoce výkonných krytů motorů pro elektromobily klíčová.

Klíčové aspekty DfAM pro kryty motorů pro elektromobily:

1. Optimalizace topologie a generativní návrh:
   • Koncept: Tyto výpočetní nástroje používají algoritmy k určení nejefektivnějšího rozložení materiálu v rámci definovaného návrhového prostoru na základě aplikovaných zatížení, omezení a výkonnostních cílů (např. minimalizace hmotnosti, maximalizace tuhosti).
   • Použití pro pouzdra: Začněte u základních rozhraní (montážní body, ložisková uložení, umístění statoru) a definujte maximální přípustný objem. Software poté vygeneruje organické, často složitě vypadající tvary, které používají materiál pouze tam, kde je to z konstrukčního hlediska nutné. To je hlavní hnací silou pro dosažení výrazného snížení hmotnosti v komponenty generativního designu EV.
   • Výhody: Výrazná úspora hmotnosti (často o více než 20-50 % oproti tradičním konstrukcím), lepší poměr tuhosti a hmotnosti a jedinečný estetický vzhled.
   • Úvaha: Optimalizované tvary mohou být složité a vyžadují pečlivou validaci pomocí simulace (FEA) a fyzických testů. Výroba těchto tvarů je často proveditelná pouze pomocí AM.
2. Integrace funkcí a konsolidace součástí:
   • Koncept: Přepracujte sestavy složené z více dílů do jediné monolitické součásti.
   • Použití pro pouzdra: Integrujte prvky, jako jsou montážní držáky, konektory pro kapaliny, kryty snímačů, kanály pro vedení kabelů a dokonce i prvky chladicího systému, přímo do hlavní konstrukce skříně motoru.
   • Výhody: Snižuje počet dílů, eliminuje pracnost montáže a potenciální místa poruch (těsnění, spojovací materiál), zjednodušuje řízení dodavatelského řetězce a může zlepšit celkový výkon a snížit hmotnost.
   • Úvaha: Vyžaduje komplexní pohled na motorový systém při návrhu. Pokud dojde k poškození jediného integrovaného prvku, může to mít vliv na jeho opravitelnost.
3. Návrh pro tepelný management:
   • Koncept: Využijte schopnost AM&#8217 vytvářet složité vnitřní geometrie pro zlepšení odvodu tepla.
   • Použití pro pouzdra:
     • Konformní chladicí kanály: Navrhněte složité kanály, které přesně kopírují tvar zdrojů tepla (například vinutí statoru). Tyto kanály mohou mít optimalizovaný průřez a strukturu povrchu (např. vnitřní čepy/ploutve), aby se maximalizoval přenos tepla do chladicí kapaliny (kapaliny nebo vzduchu).
     • Integrované chladiče: Tiskněte tenká žebra nebo mřížkové struktury s velkou plochou povrchu přímo na povrch skříně nebo do vnitřních dutin, abyste zvýšili odvod tepla do okolí.
   • Výhody: Výrazně lepší tepelný výkon ve srovnání s tradičními pouzdry, což umožňuje chladnější chod motorů, provoz při vyšších hustotách výkonu nebo menší závislost na externích chladicích systémech.
   • Úvaha: Vyžaduje analýzu CFD (Computational Fluid Dynamics) pro optimalizaci návrhu kanálu z hlediska průtoku, tlakové ztráty a přenosu tepla. Zajištění kanálů bez prášku po tisku vyžaduje pečlivou kontrolu procesu a následné zpracování.
4. Optimalizace podpůrné struktury:
   • Koncept: Laser Powder Bed Fusion (LPBF) obvykle vyžaduje podpůrné konstrukce pro ukotvení dílu na konstrukční desce, podporu převislých prvků (typicky úhly pod 45 stupňů od vodorovné roviny) a řízení tepelného namáhání během tisku. Cílem DfAM je minimalizovat potřebu těchto podpěr nebo usnadnit jejich odstranění.
   • Použití pro pouzdra:
     • Orientace: Zvolte optimální orientaci konstrukce, abyste minimalizovali množství ploch směřujících dolů, které vyžadují podporu.
     • Samonosné úhly: Pokud je to možné, navrhněte převisy s úhlem větším než 45 stupňů.
     • Začlenění obětních prvků: Konstrukční prvky určené speciálně k tomu, aby sloužily jako podpěry, které lze snadno opracovat nebo odlomit.
     • Design pro přístup: Zajistěte, aby byly podpěrné konstrukce přístupné pro nástroje pro demontáž (ruční nebo CNC). Vyhněte se podpěrám v kritických vnitřních kanálech, kde je odstranění obtížné nebo nemožné.
   • Výhody: Zkracuje dobu tisku (méně materiálu na tisk), snižuje spotřebu materiálu, zjednodušuje následné zpracování (odstranění podpěr může být časově i finančně náročné) a zlepšuje kvalitu povrchu na podporovaných plochách. Snížení podpůrné struktury je klíčovým cílem pro nákladově efektivní AM.
   • Úvaha: Vyžaduje pochopení specifických omezení zvoleného procesu AM a materiálu. Některé prvky mohou ze své podstaty vyžadovat podpěry bez ohledu na optimalizaci.
5. Tloušťka stěny a velikost prvků:
   • Koncept: Procesy AM mají omezení minimální tloušťky potisknutelné stěny a velikosti prvků, které se liší v závislosti na použitém stroji, materiálu a parametrech.
   • Použití pro pouzdra: Vyvarujte se navrhování stěn nebo prvků, které jsou příliš tenké na to, aby se daly spolehlivě vytisknout nebo aby se s nimi dalo po tisku manipulovat (např. obvykle >0,4-0,5 mm pro robustní prvky v LPBF). Zajistěte dostatečnou tloušťku kolem kritických oblastí, jako jsou ložisková sedla nebo montážní body.
   • Výhody: Zajišťuje tisknutelnost dílů, strukturální integritu a snižuje riziko selhání tisku nebo poškození při manipulaci/po zpracování. Úvahy o tloušťce stěny AM jsou zásadní.
   • Úvaha: Minimální velikost prvků se vztahuje také na mezery a kanály - zajistěte, aby chladicí kanály byly dostatečně velké pro spolehlivý tisk a aby se z nich odstranil prášek.
6. Navrhování pro následné zpracování:
   • Koncept: V počáteční fázi návrhu zvažte požadavky na navazující procesy, jako je tepelné zpracování, odstraňování podpory, obrábění a povrchová úprava.
   • Použití pro pouzdra:
     • Přídavky na obrábění: Přidejte další materiál (obráběcí materiál) na povrchy vyžadující vysokou přesnost nebo specifickou povrchovou úpravu (např. otvory ložisek, styčné příruby, těsnicí plochy).
     • Přístup k nástrojům: Zajistěte, aby byly povrchy vyžadující obrábění nebo dokončování přístupné nástrojům.
     • Připevňovací body: Navrhněte referenční prvky nebo vztažné body, které lze použít pro umístění a upnutí dílu během následných kroků zpracování, jako je CNC obrábění.
   • Výhody: Zjednodušuje celý výrobní proces, snižuje náklady a čas na následné zpracování a zajišťuje splnění specifikací finálního dílu.
7. Materiálové aspekty:
   • Koncept: Volba materiálu (např. AlSi10Mg vs. IN625) ovlivňuje možnosti konstrukce kvůli rozdílům v tisknutelnosti, mechanických vlastnostech, tepelných vlastnostech a minimální velikosti prvků.
   • Použití pro pouzdra: Konstrukce optimalizovaná pro vysokou pevnost IN625 by mohla umožnit tenčí stěny než konstrukce s použitím AlSi10Mg pro stejný zatěžovací stav. Naopak konstrukce, která se výrazně spoléhá na tepelnou vodivost, by mohla upřednostňovat AlSi10Mg.
   • Výhody: Zajistí, aby návrh využíval silné stránky zvoleného materiálu a zohledňoval jeho omezení.

Využití odborných znalostí DfAM:

Úspěšná implementace DfAM vyžaduje nejen odborné znalosti v oblasti CAD a simulací, ale také hluboké porozumění konkrétnímu používanému procesu AM. Spolupráce se zkušenými poskytovateli AM služeb, jako je Met3dp, kteří nabízejí velkoobchodní služby 3D tisku nebo podporu aplikačního inženýrství, může výrazně urychlit křivku učení a vést k lepším výsledkům. Jejich inženýři rozumějí nuancím strojů a materiálů a poskytují cennou zpětnou vazbu ohledně tisknutelnosti konstrukce, optimalizačního potenciálu a dopadů na náklady. Přijetí DfAM není jen o tom, aby se díl dal vytisknout, ale’o uvolnění plného potenciálu aditivní výroby pro vytváření vynikajících krytů motorů pro elektromobily.

Dosažení přesnosti: Tolerance, povrchová úprava a rozměrová přesnost u 3D tištěných pouzder

Ačkoli aditivní výroba kovů nabízí neuvěřitelnou volnost při navrhování, častá otázka konstruktérů a manažerů nákupu se týká dosažitelné přesnosti: Mohou skříně motorů vytištěné 3D tiskem splňovat přísné tolerance, požadavky na povrchovou úpravu a rozměrovou přesnost, které jsou vyžadovány v aplikacích automobilových pohonných jednotek? Odpověď zní ano, ale vyžaduje to pečlivou kontrolu procesu, pochopení přirozených vlastností AM a často i začlenění cílených kroků následného zpracování.

Pochopení schopností v podobě, v jaké byly vytištěny:

Procesy AM s kovy, zejména laserová fúze v práškovém loži (LPBF), mohou dosáhnout poměrně dobré rozměrové přesnosti a rozlišení detailů přímo ze stroje. Stav po vytištění však ovlivňuje několik faktorů:

• Tepelné účinky: Opakovaný proces tavení a tuhnutí vyvolává tepelné napětí, které může vést k drobným deformacím, zejména u velkých nebo složitých dílů, jako jsou skříně motorů.
• Konstrukce po vrstvách: Při stavbě po vrstvách vzniká přirozeně schodovitý povrch, zejména u zakřivených nebo šikmých prvků. To ovlivňuje drsnost povrchu i přesnost rozměrů.
• Velikost částic prášku: Velikost použitých částic kovového prášku ovlivňuje minimální rozlišení prvků a dosažitelnou kvalitu povrchu.
• Parametry laseru: Faktory jako výkon laseru, rychlost skenování a tloušťka vrstvy přímo ovlivňují dynamiku taveniny, hustotu, kvalitu povrchu a přesnost.
• Podpůrné struktury: Oblasti, kde byly připevněny podpůrné konstrukce, mají po odstranění obvykle hrubší povrch a mohou vyžadovat další zpracování.

Typické tolerance a povrchová úprava (LPBF):

• Rozměrová přesnost: Obecně se pohybuje v rozmezí ±0,1 mm až ±0,3 mm nebo ±0,1 % až ±0,2 % jmenovitého rozměru, podle toho, která hodnota je větší. To se může výrazně lišit v závislosti na velikosti dílu, geometrii, materiálu a kalibraci stroje. U větších pouzder mohou být kumulativní chyby významnější.
• Drsnost povrchu (Ra):
  • Vrchní plochy: Typicky hladší, často v rozmezí 6-12 µm Ra.
  • Svislé stěny: Mírně drsnější v důsledku vrstevnic, snad 8-15 µm Ra.
  • Podporované plochy směřující dolů: Po odstranění podložky výrazně drsnější, potenciálně >20-30 µm Ra.
  • Interní kanály: Mohou být náročné na měření a kontrolu, často jsou drsnější než vnější povrchy.

Dosažení přísnějších tolerancí a lepších povrchových úprav:

Pro mnoho prvků na krytu motoru elektromobilu může stačit stav po vytištění. Kritická rozhraní však vyžadují vyšší přesnost a hladší povrchovou úpravu, než jaké lze obvykle dosáhnout přímo z tiskárny.

• Ložisková sedla/otvory: Pro správné uložení a funkci ložisek jsou vyžadovány přísné tolerance (často v rozmezí desítek mikrometrů) a hladký povrch (Ra < 1,6 µm nebo lepší).
• Párové příruby: Potřebují kontrolu rovinnosti a rovnoběžnosti spolu se specifickou povrchovou úpravou pro těsnění (těsnění nebo drážky pro O-kroužky).
• Funkce vyrovnání: Otvory pro hmoždinky nebo polohovací plochy vyžadují přesné umístění a rozměry.

Tyto kritické vlastnosti jsou obvykle řešeny prostřednictvím následné obrábění:

• CNC obrábění: Nejběžnější metoda. 3D tištěné pouzdro se upevní a kritické prvky se opracují (frézováním, soustružením, vyvrtáváním, vrtáním, broušením), aby se dosáhlo požadovaného tvaru 3D tisk s rozměrovou přesností nemůže zasáhnout přímo. To umožňuje tolerance srovnatelné s plně obrobenými díly (např. ±0,01 mm až ±0,05 mm) a požadovanou povrchovou úpravu. Zásadní je navrhování s obráběcím materiálem (podle DfAM).
• Další dokončovací techniky: V závislosti na požadavcích lze pro specifické povrchy vyžadující extrémně jemnou povrchovou úpravu použít procesy jako leštění, lapování nebo honování.

Kontrola kvality a inspekce:

Zajištění toho, aby konečné pouzdro splňovalo specifikace, vyžaduje důkladné postupy kontroly kvality:

• Rozměrová kontrola: Používání souřadnicových měřicích strojů (CMM), 3D skenerů nebo tradičních metrologických nástrojů k ověřování rozměrů, tolerancí a geometrických rozměrů a tolerancí (GD&T).
• Měření drsnosti povrchu: Použití profilometrů ke kvantifikaci kvality povrchu (Ra, Rz) na kritických místech.
• Nedestruktivní zkoušení (NDT): Ke kontrole vnitřních prvků (např. chladicích kanálů, zda nejsou ucpané) a v případě potřeby ke kontrole vnitřních defektů (např. pórovitosti) lze použít techniky, jako je rentgenové nebo CT skenování standardy kvality dodavatele.
• Ověřování vlastností materiálu: Zkoušení tahových tyčí vytištěných vedle hlavního dílu za účelem ověření, zda vlastnosti materiálu splňují specifikace.

Met3dp’s Commitment to Precision:

Dosažení konzistentního tolerance AM kovů a kvality vyžaduje pečlivou kontrolu procesů, dobře udržované vybavení a hluboké odborné znalosti. Společnosti jako Met3dp jsou hrdé na to, že poskytují špičkový objem, přesnost a spolehlivost tisku. Tento závazek zahrnuje:

• Pokročilá kalibrace strojů: Zajištění provozu tiskáren v rámci přísných parametrů.
• Optimalizované parametry procesu: Vyvinuto na základě rozsáhlého testování pro specifické materiály, jako jsou AlSi10Mg a IN625.
• Kontrola kvality prášku: Používá vysoce kvalitní sférické prášky vyráběné pokročilými metodami, jako je plynová atomizace, což zajišťuje konzistentní tekutost a tavné chování. Další informace o přístupu společnosti Met3dp’k 3D tisk z kovu.
• Integrované následné zpracování: Nabídka nebo koordinace potřebných služeb obrábění a dokončovacích prací pro splnění specifikací konečného dílu.
• Robustní systémy řízení kvality: Zavedení přísných kontrolních protokolů, které zaručí, že přesnost automobilových dílů.

Souhrnná tabulka: Přesné schopnosti

Vlastnosti	Stav po vytištění (typický LPBF)	Post-Machined (cílové oblasti)	Poznámky
Rozměrová tolerance	±0,1 až ±0,3 mm nebo ±0,1-0,2 %	±0,01 až ±0,05 mm (nebo těsněji)	Pro vysoce přesné uložení je nutné obrábění.
Povrchová úprava (Ra)	6 – 30+ µm	<0,8 až 3,2 µm (typicky)	Výrazně se liší podle orientace povrchu (ve stavu po tisku).
Složitost funkce	Velmi vysoká	Omezeno přístupem k nástroji	AM umožňuje vytvářet složité vnitřní prvky, které nelze snadno opracovat.
Dosažitelná přesnost	Mírný	Velmi vysoká	Kombinací lze dosáhnout složitých tvarů s přesnými rozhraními.

Export do archů

Závěrem lze říci, že as-printed díly mají svá omezení, aditivní výroba kovův kombinaci s cíleným následným zpracováním, jako je CNC obrábění, může naprosto vyhovět přísným požadavkům tolerance, kvalita povrchu a rozměrová přesnost požadavky na funkční kryty motorů pro elektromobily. Klíčem k úspěšné realizaci je pochopení toho, kde využít silné stránky AM (složité geometrie) a kde použít tradiční dokončovací práce (přesná rozhraní). Manažeři veřejných zakázek by měli hledat dodavatelů aditivní výroby kteří vykazují silné schopnosti v oblasti tisku i následného zpracování, podpořené robustními systémy kontroly kvality.

Základní kroky následného zpracování pro funkční kryty motorů pro elektromobily

Kovový díl vytištěný na 3D tiskárně, jako je například kryt elektromotoru, se jen zřídkakdy sundává z konstrukční desky a je připraven k finální montáži. Série kroky následného zpracování jsou obvykle zapotřebí k přeměně surové tištěné součásti na funkční a spolehlivý díl splňující všechny technické specifikace. Tyto kroky jsou rozhodující pro zajištění mechanických vlastností, rozměrové přesnosti, kvality povrchu a celkové výkonnosti. Pochopení těchto běžných postupů je nezbytné pro odhad celkových dodacích lhůt a nákladů spojených s pořízením dílů AM.

Společný pracovní postup následného zpracování pro kovová pouzdra AM:

1. Úleva od stresu / tepelné ošetření:
   • Účel: Rychlé cykly zahřívání a ochlazování, které jsou pro LPBF typické, mohou v tištěném dílu vytvářet značná vnitřní pnutí. Pokud nejsou tato napětí odstraněna, mohou způsobit deformaci (zejména po vyjmutí z konstrukční desky) nebo negativně ovlivnit mechanické vlastnosti, což může vést k předčasnému selhání. Tepelné zpracování se rovněž používá k dosažení požadované finální mikrostruktury materiálu a mechanických vlastností (např. pevnosti, tvrdosti, tažnosti).
   • Proces: Pouzdro (často ještě připevněné ke stavební desce) se vloží do pece a podrobí se určitému tepelnému cyklu (zahřátí na cílovou teplotu, udržování po stanovenou dobu a řízené ochlazení). Přesný cyklus do značné míry závisí na materiálu (AlSi10Mg vyžaduje jiné ošetření než IN625) a požadovaných konečných vlastnostech (např. pouze odlehčení napětí vs. úplné rozpuštění a stárnutí pro stav AlSi10Mg T6). Ošetření reaktivních materiálů (jako jsou slitiny titanu, i když pro pouzdra méně časté) nebo dílů s vysokou integritou může vyžadovat vakuové pece nebo pece s inertní atmosférou, aby se zabránilo oxidaci.
   • Důležitost: Naprosto zásadní pro rozměrovou stabilitu a dosažení optimálních a stálých vlastností materiálu. Často je to úplně první krok po tisku.
2. Odstranění ze stavební desky:
   • Účel: Oddělit vytištěné pouzdro (pouzdra) od kovové stavební desky, na které bylo vytištěno.
   • Proces: Obvykle se provádí pomocí elektroerozivního obrábění (EDM) nebo pásové pily. Drátové elektroerozivní obrábění nabízí vyšší přesnost a čistší řez, čímž minimalizuje namáhání dílu, ale je pomalejší. Pásové řezání je rychlejší, ale méně přesné a může vyžadovat více následných úprav v blízkosti linie řezu.
   • Důležitost: Nezbytný krok k uvolnění dílu pro další zpracování.
3. Odstranění podpůrné konstrukce:
   • Účel: Odstranění dočasných podpůrných konstrukcí potřebných při tisku.
   • Proces: Může jít o kombinaci manuálních a automatizovaných metod. Podpěry lze odlomit ručně nebo pomocí kleští (u snadno přístupných, lehkých podpěr), opracovat pomocí CNC, vybrousit nebo někdy odstranit pomocí specializovaných nástrojů. Přístup může být náročný, zejména v případě vnitřních podpěr ve složitých geometriích skříní. DfAM zde hraje klíčovou roli při navrhování podpěr pro snadnější demontáž.
   • Důležitost: To je nezbytné pro dosažení konečné geometrie dílu a přístup k vnitřním prvkům. Pokud není během návrhu optimalizován, může být jedním z časově a pracovně nejnáročnějších kroků následného zpracování. Výzvy spojené s odstraněním podpory jsou častým úzkým místem.
4. CNC obrábění:
   • Účel: Dosažení přísných tolerancí, kritických povrchových úprav a přesných geometrických vlastností (rovinnost, rovnoběžnost, kolmost) na specifických místech pouzdra, kterých nelze dosáhnout ve stavu po tisku.
   • Proces: Jak již bylo uvedeno, prvky, jako jsou otvory ložisek, příruby, těsnicí drážky a přesné montážní body, se obrábějí frézováním, soustružením, vrtáním, vyvrtáváním atd. To vyžaduje pečlivé upevnění často složitého dílu AM.
   • Důležitost: Je to důležité pro zajištění správného uložení, montáže, těsnění a funkce skříně motoru v rámci většího systému pohonu elektromobilu.
5. Povrchová úprava / vyhlazování:
   • Účel: Zlepšení celkové povrchové úpravy nad rámec stavu po tisku nebo po obrábění, a to buď z funkčních důvodů (např. zlepšení průtoku kapaliny v chladicích kanálech, snížení tření), nebo z estetických důvodů.
   • Proces: Široká škála techniky povrchové úpravy lze použít:
     • Výbuch v médiích: Pomocí brusných médií (kuliček, zrnitosti) vytvoříte rovnoměrný matný povrch a odstraníte drobné nedokonalosti povrchu nebo volné částice prášku. Různá média dosahují různých povrchových úprav.
     • Třískové/vibrační dokončování: Použití abrazivních médií v rotující nebo vibrující míse k odstraňování otřepů z hran a vyhlazování povrchů, zvláště účinné pro dávkové zpracování menších dílů, i když je možné je použít pro specifické prvky skříně.
     • Leštění: Ruční nebo automatizované leštění s použitím postupně jemnějších brusných materiálů pro dosažení hladkých, reflexních povrchů.
     • Elektrolytické leštění: Elektrochemický proces, který odstraňuje tenkou vrstvu materiálu, vyhlazuje povrch a zlepšuje odolnost proti korozi, zvláště účinný u některých slitin, jako jsou nerezové oceli nebo IN625.
     • Obrábění abrazivním tokem (AFM): Čerpání abrazivního tmelu vnitřními kanály za účelem jejich vyhlazení - potenciálně užitečné pro optimalizaci výkonu chladicích kanálů.
   • Důležitost: Záleží na požadavcích aplikace. Nezbytné pro utěsnění povrchů, potenciálně výhodné pro průtočné cesty a někdy žádoucí pro vzhled.
6. Čištění a kontrola:
   • Účel: Odstranění zbytků prášku, obráběcích kapalin nebo nečistot a ověření, zda díl před odesláním splňuje všechny specifikace.
   • Proces: Důkladné čištění pomocí vhodných rozpouštědel nebo vodných roztoků, případně včetně čištění ultrazvukem. Závěrečná kontrola pomocí souřadnicového měřicího přístroje, 3D skenování, metod NDT a vizuální kontroly.
   • Důležitost: Zajišťuje čistotu dílů (kritická pro montáž) a ověřuje shodu s kvalitou.
7. Povlakování / pokovování (volitelné):
   • Účel: Přidání specifických vlastností povrchu, které nejsou vlastní základnímu materiálu, jako je zvýšená odolnost proti opotřebení, ochrana proti korozi, specifické tepelné vlastnosti nebo elektrická izolace/vodivost.
   • Proces: Použití různých potahování 3D tištěných dílů techniky, jako je eloxování (pro hliník), lakování, práškové lakování, pokovování (nikl, chrom) nebo specializované keramické povlaky.
   • Důležitost: Specifické aplikace; mohou být vyžadovány pro prodlouženou životnost nebo specifické funkční požadavky v drsném prostředí.

Integrace následného zpracování:

Efektivní řízení tohoto vícestupňového pracovního postupu vyžaduje pečlivé plánování a koordinaci. Přední poskytovatelé AM služeb často nabízejí sadu vlastních nebo úzce spravovaných služeb Služby následného zpracování B2B. Tato integrace zefektivňuje proces, zkracuje dodací lhůty a zajišťuje odpovědnost v celém výrobním cyklu. Při hodnocení dodavatelů se zajímejte o jejich specifické schopnosti následného zpracování a opatření pro kontrolu kvality pro každý krok, který je relevantní pro vaše požadavky na kryty motorů pro elektromobily.

Obvyklé problémy při výrobě krytů motorů metodou AM a strategie pro jejich zmírnění

Aditivní výroba kovů sice nabízí významné výhody pro výrobu krytů motorů pro elektromobily, ale není bez problémů. Pochopení možných úskalí a zavedení účinných strategií jejich zmírnění je zásadní pro zajištění úspěšných výsledků, konzistentní kvality a nákladově efektivní výroby. Inženýři a manažeři nákupu by si měli být vědomi těchto běžných problémů při specifikaci a zadávání 3D tištěných komponent.

Hlavní výzvy a jejich řešení:

1. Deformace a zkreslení:
   • Výzva: Vysoké tepelné gradienty při LPBF mohou způsobit vnitřní pnutí, které vede k deformaci, a to buď během sestavování, nebo po vyjmutí z konstrukční desky. To se projevuje zejména u velkých, plochých profilů nebo složitých geometrií, jako jsou skříně motorů.
   • Strategie zmírnění dopadů:
     • Tepelná simulace: Použijte simulační software k předvídání kumulace napětí a potenciálních deformačních oblastí již v rané fázi návrhu.
     • Optimalizovaná orientace sestavení: Orientujte díl tak, abyste minimalizovali velké rovné plochy rovnoběžné s konstrukční deskou a řídili rozvod tepla.
     • Efektivní podpůrné struktury: Použijte robustní podpěry strategicky umístěné tak, aby byl díl bezpečně ukotven a působil proti tepelnému namáhání. V případě potřeby navrhněte podpěry tak, aby byly tepelně vodivé.
     • Optimalizované strategie skenování: Použití specifických vzorů laserového skenování (např. ostrovní skenování, šachovnicové vzory) k rovnoměrnějšímu rozložení tepla a snížení lokální tvorby napětí.
     • Tepelné ošetření proti stresu: Ihned po tisku, často před vyjmutím dílu z konstrukční desky, proveďte vhodné cykly uvolnění napětí, aby se uvolnila vnitřní napětí.
     • Výběr materiálu: Některé materiály jsou ze své podstaty náchylnější k praskání nebo kroucení než jiné; pokud to konstrukční omezení dovolují, zvažte to při výběru materiálu.
2. Pórovitost:
   • Výzva: V tištěném materiálu mohou vznikat malé dutiny nebo póry v důsledku zachyceného plynu, neúplného roztavení prášku (Lack of Fusion – LoF) nebo efektu keyholing (kolaps deprese páry). Pórovitost může zhoršovat mechanické vlastnosti (zejména únavovou životnost), narušovat tlakovou těsnost a působit jako místo iniciace trhlin.
   • Strategie zmírnění dopadů:
     • Vysoce kvalitní prášek: Použijte vysoce výkonné kovové prášky s kontrolovanou distribucí velikosti částic, nízkým obsahem plynu a dobrou sféricitou/tekavostí. Met3dp’používá pokročilé technologie rozprašování plynu a PREP, které tuto problematiku přímo řeší.
     • Optimalizované parametry procesu: Vyvinout a přísně kontrolovat parametry tisku (výkon laseru, rychlost skenování, tloušťka vrstvy, rozteč šraf, průtok plynu) ověřené pro konkrétní materiál a stroj, aby bylo zajištěno úplné roztavení a splynutí. Optimalizace parametrů je klíčovou odborností poskytovatelů, jako je Met3dp.
     • Kontrola inertní atmosféry: Udržujte v konstrukční komoře prostředí s inertním plynem vysoké čistoty (argon nebo dusík), aby se minimalizovala oxidace a zachycování plynu.
     • Izostatické lisování za tepla (HIP): Volitelný krok následného zpracování, kdy je díl vystaven působení vysoké teploty a vysokého tlaku plynu. HIP může účinně uzavřít vnitřní póry, čímž se výrazně zlepší hustota a mechanické vlastnosti, zejména únavová pevnost. Často se používá pro kritické letecké nebo lékařské díly, ale lze jej zvážit i pro vysoce výkonná pouzdra.
     • NDT inspekce: Ke zjištění vnitřní pórovitosti v kritických oblastech použijte rentgenové nebo CT vyšetření.
3. Obtíže při odstraňování podpory:
   • Výzva: Odstraňování podpůrných struktur, zejména ze složitých vnitřních geometrií, jako jsou chladicí kanály nebo složité mřížkové struktury, může být obtížné, časově náročné a hrozí při něm riziko poškození dílu. Zbytky podpůrného materiálu nebo stopy na povrchu mohou ovlivnit výkon nebo vyžadovat rozsáhlé dokončovací práce.
   • Strategie zmírnění dopadů:
     • DfAM pro snížení podpory: Navrhujte díly tak, aby byly pokud možno samonosné (s použitím úhlů >45°), volte optimální orientaci a používejte nástroje pro optimalizaci topologie, které zohledňují minimalizaci podpěr.
     • Optimalizovaný design podpory: Používejte takové typy podpěr (např. tenkostěnné, kuželové, stromové), které se snáze odstraňují a zanechávají na povrchu dílu minimální kontaktní body (‘stopy’). Využívejte funkce softwaru pro generování podpěr pro vylamování.
     • Plánování přístupnosti: Zajistěte, aby podpůrné konstrukce byly navrženy s volnými přístupovými cestami pro nástroje pro demontáž (ruční nebo CNC). Vyhněte se podpěrám v hlubokých, nepřístupných vnitřních dutinách, pokud to není nezbytně nutné a plánované (např. rozpustné podpěry, i když v kovovém AM méně časté, nebo konstrukce pro dokončování AFM).
     • Specializované techniky odstraňování: Použijte vhodné nástroje a techniky, případně včetně drátového elektroerozivního obrábění pro přesné řezání v blízkosti povrchu dílu nebo CNC obrábění pro hromadné odstraňování.
4. Odstranění zbytkového prášku:
   • Výzva: Nespékaný prášek se může zachytit ve vnitřních kanálech, dutinách nebo složitých mřížkových strukturách. Pokud není zcela odstraněn, může bránit proudění tekutiny (v chladicích kanálech), zvyšovat hmotnost nebo se během provozu uvolňovat.
   • Strategie zmírnění dopadů:
     • DfAM: Navrhněte vnitřní kanály s dostatečným průměrem a hladkými přechody, které usnadňují odstraňování prášku. Tam, kde je to vhodné, zahrňte odvodňovací otvory. Nevytvářejte lapače prachu.
     • Optimalizované postupy vyprazdňování: Využijte vibrace, proudy stlačeného vzduchu a pečlivou manipulaci s dílem během fáze vylamování bezprostředně po tisku, abyste odstranili většinu volného prášku.
     • Důkladné čisticí procesy: Zavedení přísných čisticích protokolů, které mohou zahrnovat čištění ultrazvukem, proplachování rozpouštědly nebo specializované zařízení určené k čištění vnitřních kanálů.
     • Kontrola: Pomocí kontroly boreskopem nebo počítačovou tomografií ověřte, zda jsou vnitřní kanály čisté.
5. Variabilita povrchové úpravy:
   • Výzva: Povrchová úprava po vytištění se výrazně liší v závislosti na orientaci (horní, svislá, podporovaná dolní vrstva) a vlastnostech (např. odstupňování vrstev na mělkých úhlech). Dosažení konzistentní povrchové úpravy nebo splnění specifických požadavků Ra často vyžaduje následné zpracování.
   • Strategie zmírnění dopadů:
     • Optimalizace orientace: Orientujte díl tak, aby kritické plochy byly umístěny v orientacích, které přirozeně umožňují lepší povrchovou úpravu (např. směrem nahoru nebo svisle).
     • Ladění parametrů: Jemné doladění parametrů tvarování během tisku pro lepší povrchovou úpravu stěn.
     • Cílené následné zpracování: Naplánujte potřebné operace obrábění, tryskání, otryskávání nebo leštění povrchů vyžadujících specifické povrchové úpravy a zapracujte do návrhu potřebné přídavky na zásoby.
6. Dosažení těsných tolerancí:
   • Výzva: Jak již bylo zmíněno, as-printed díly mají rozměrová omezení. Dosažení velmi těsných tolerancí požadovaných pro spolehlivé uložení ložisek nebo styčných ploch vyžaduje následné obrábění.
   • Strategie zmírnění dopadů:
     • DfAM pro obrábění: Označte kritické prvky a přidejte dostatečný počet obráběných dílů. Zahrňte referenční prvky pro přesné upínání.
     • Integrované možnosti obrábění: Spolupracujte s dodavatelem AM, který má vlastní nebo přísně kontrolované externí CNC obráběcí kapacity a zkušenosti s obráběním AM dílů.
     • Důkladná kontrola kvality: Proveďte důkladnou kontrolu rozměrů (CMM) po obrábění.

Partnerství k překonání výzev:

Navigace v těchto běžné problémy při AM zpracování kovů vyžaduje kombinaci správných konstrukčních postupů (DfAM), optimalizovaných a kontrolovaných tiskových procesů a účinných strategií následného zpracování. Úzká spolupráce se zkušeným poskytovatel služeb aditivní výroby jako je Met3dp, je neocenitelný. Jejich inženýři mohou poskytovat zpětnou vazbu k návrhu, využívat ověřené procesní parametry pro materiály, jako je např AlSi 10Mg a IN625, a řídit pracovní postup po zpracování, aby se zmírnila rizika a zajistilo se, že konečný kryt elektromotoru splňuje všechny požadavky na výkon a kvalitu. Řešení problémů s 3D výtisky a proaktivní řešení potenciálních problémů je součástí nabídky zavedených poskytovatelů.

Výběr ideálního poskytovatele služeb 3D tisku kovů pro potřeby automobilového průmyslu

Výběr správného výrobního partnera je při použití aditivní výroby kovů pro náročné aplikace, jako jsou kryty motorů pro elektromobily, stejně důležitý jako návrh a výběr materiálu. Ne všechny servisní kanceláře pro 3D tisk kovů jsou stejné. Automobilový průmysl vyžaduje přísnou kvalitu, spolehlivost a sledovatelnost, což vyžaduje dodavatele se specifickými odbornými znalostmi, robustními procesy a hlubokou znalostí požadavků tohoto odvětví. Vyhodnocování potenciálních Dodavatelé AM vyžaduje, abyste se zaměřili nejen na cenu a zvážili řadu zásadních faktorů.

Klíčová kritéria pro hodnocení dodavatelů AM kovů:

1. Technická odbornost a technická podpora:
   • Schopnosti DfAM: Nabízí dodavatel podporu pro aditivní výrobu? Mohou jeho inženýři spolupracovat s vaším týmem na optimalizaci návrhu skříně motoru z hlediska tisknutelnosti, výkonu a nákladové efektivity s využitím technik, jako je optimalizace topologie a integrace prvků?
   • Znalosti z oblasti materiálových věd: Mají hluboké znalosti o materiálech relevantních pro vaši aplikaci (např. AlSi10Mg, IN625)? Dokáží poradit s kompromisy při výběru materiálů a očekávaným výkonem na základě jejich parametrů zpracování? Hledejte poskytovatele, jako je Met3dp, kteří nejen používají, ale také vyrábějí vysoce kvalitní kovové prášky, které prokazují základní porozumění chování materiálů. Zjistěte více o Met3dp a jejich základní odborné znalosti.
   • Optimalizace procesů: Mohou prokázat zkušenosti s vývojem a řízením optimalizovaných parametrů tisku pro konzistentní díly s vysokou hustotou a požadovanými mechanickými vlastnostmi?
2. Technologie a vybavení:
   • Příslušné procesy AM: Používají vhodnou technologii AM pro vaše potřeby, typicky laserovou fúzi v práškovém loži (LPBF/SLM) pro složitá pouzdra? Někteří poskytovatelé mohou nabízet také tavení elektronovým svazkem (EBM), které má výhody pro některé materiály, jako jsou slitiny titanu, ale liší se charakteristikami povrchové úpravy a přesnosti. Porozumění různým tiskových metod a jejich vhodnost je klíčová.
   • Machine Park: Jaká je velikost, stáří a výrobce jejich flotily tiskáren? Mají dostatečnou kapacitu, aby zvládli vaši výrobu prototypů a případnou malosériovou až středně velkosériovou výrobu? Redundance (více strojů schopných provozovat váš díl) je důležitá pro zmírnění rizik výpadků.
   • Údržba a kalibrace: Mají přísné postupy pro údržbu a kalibraci strojů, které zajišťují konzistentní výkon?
3. Materiálové schopnosti a kontrola kvality:
   • Portfolio materiálů: Nabízejí konkrétní slitiny, které požadujete (např. AlSi10Mg, IN625)? Jaká je šíře jejich nabídky materiálů?
   • Manipulace s práškem a jeho správa: Jak se zachází s kovovými prášky, jak se skladují, recyklují a testují, aby se zajistila kvalita a zabránilo se kontaminaci nebo degradaci? Zásadní je sledovatelnost šarží prášků. Vertikální integrace společnosti Met3dp’včetně pokročilé systémy pro výrobu prášku (plynová atomizace, PREP), poskytuje přirozenou kontrolu kvality prášku již od zdroje.
   • Certifikace materiálu: Mohou poskytnout materiálové certifikáty potvrzující, že prášek splňuje požadované specifikace (např. chemické složení, distribuce velikosti částic)?
4. Možnosti následného zpracování:
   • In-House vs. Outsourcing: Jaké kroky následného zpracování (tepelné zpracování, odstranění podpěr, CNC obrábění, povrchová úprava, kontrola) provádějí ve vlastní režii a jaké prostřednictvím externích partnerů? Vlastní kapacity obecně nabízejí lepší kontrolu, rychlejší realizaci a jasnější odpovědnost.
   • Odborné znalosti: Mají prokazatelné zkušenosti s konkrétními kroky následného zpracování, které jsou pro vaše pouzdro vyžadovány (např. přesné obrábění dílů AM, odstranění složitých podpěr)?
5. Systém řízení kvality (QMS) a certifikace:
   • certifikace: Je dodavatel držitelem příslušných certifikátů kvality? ISO 9001 je základním očekáváním. Zatímco přijetí normy IATF 16949 (norma pro automobilový průmysl) se v odvětví AM stále vyvíjí, dodavatelé, kteří prokáží pokrok směrem k jejím zásadám nebo jejich dodržování, prokazují závazek vůči požadavkům automobilového průmyslu. Mezi další relevantní certifikace může patřit AS9100 (letecký průmysl).
   • Sledovatelnost: Dokáží zajistit úplnou sledovatelnost od šarže surového prášku až po finální dodaný díl, včetně záznamů dat o procesu?
   • Kontrolní schopnosti: Disponují potřebným metrologickým vybavením (souřadnicové měřicí stroje, 3D skenery, profilometry) a možnostmi nedestruktivního zkoušení (rentgen, případně CT) a vyškoleným personálem?
6. Zkušenosti a výsledky:
   • Zkušenosti v oboru: Úspěšně dokončili projekty pro automobilový průmysl nebo podobná odvětví s vysokými nároky (např. letecký průmysl, zdravotnictví)? Mohou poskytnout relevantní případové studie nebo reference?
   • Část Složitost: Mají zkušenosti s tiskem dílů podobné velikosti, složitosti a materiálu, z jakého je vyroben kryt motoru pro elektromobily?
7. Doba realizace a rychlost reakce:
   • Citace rychlosti: Jak rychle dokáží poskytnout podrobné nabídky?
   • Stanovená doba dodání: Jaké jsou jejich typické dodací lhůty pro aditivní výrobu projektů, s ohledem na tisk a veškeré potřebné následné zpracování? Jsou reálné a spolehlivé?
   • Komunikace: Reagují na dotazy a proaktivně komunikují v průběhu projektu?
8. Struktura nákladů:
   • Transparentnost: Je jejich cenová struktura jasná a podrobná, s rozdělením nákladů na přípravu, materiál, tisk a následné zpracování? (Více informací o nákladech naleznete v další části).
   • Hodnota: Odpovídá nabízená cena úrovni odborných znalostí, kvality a nabízených služeb? Nejlevnější varianta nemusí zajistit potřebnou kvalitu nebo spolehlivost kritické součásti, jako je skříň motoru.

Proč spolupracovat s Met3dp?

Společnost Met3dp se sídlem v čínském městě Čching-tao se profiluje jako přední poskytovatel komplexních služeb v oblasti výzkumu a vývoje řešení aditivní výroby. Jejich silné stránky dobře odpovídají požadavkům na výrobu kritických automobilových komponentů:

• Integrovaná řešení: Nabízí tiskárny SEBM, pokročilé kovové prášky vyráběné přímo ve firmě a služby vývoje aplikací.
• Materiálové znalosti: Specializujeme se na vysoce výkonné kovové prášky, včetně standardních slitin a inovativních složení (TiNi, TiTa, TiAl atd.), vyráběné pomocí špičkových technologií plynové atomizace a PREP pro vysokou kvalitu.
• Zaměření na výkon: Důraz na špičkový objem, přesnost a spolehlivost tisku pro kritické díly.
• Desítky let kolektivní odbornosti: Přináší významné zkušenosti v oblasti AM kovů pro podporu projektů zákazníků.

Pečlivým vyhodnocením potenciálních dodavatelů podle těchto kritérií se inženýrské a zadávání veřejných zakázek aditivní výroba týmy si mohou vybrat partnera, který je schopen spolehlivě dodávat vysoce kvalitní a funkční kryty motorů pro elektromobily vytištěné na 3D tiskárně, které splňují náročné standardy automobilového průmyslu.

Pochopení nákladových faktorů a dodacích lhůt pro 3D tištěné kryty motorů pro elektromobily

Zatímco technické výhody kovového AM pro kryty motorů elektromobilů jsou přesvědčivé, praktické přijetí závisí na pochopení souvisejících nákladů a časových lhůt výroby. Na rozdíl od tradiční velkosériové výroby, kde dominuje amortizace nástrojů, jsou náklady na AM určovány jinými faktory. Jasné pochopení těchto skutečností analýza nákladů na 3D tisk kovů má zásadní význam pro rozhodování o rozpočtu projektu a zadávání veřejných zakázek.

Klíčové faktory ovlivňující náklady:

1. Náklady na materiál:
   • Cena prášku: Náklady na kilogram vybraného kovového prášku. Niklové superslitiny (IN625) jsou výrazně dražší než hliníkové slitiny (AlSi10Mg). Slitiny titanu se nacházejí někde uprostřed.
   • Část Objem & Hustota: Celkový objem materiálu potřebný k tisku dílu, včetně podpěr. Hustší materiály (jako IN625) budou mít za následek vyšší náklady na materiál při stejném objemu ve srovnání s lehčími materiály (jako AlSi10Mg).
   • Rychlost obnovy prášku: Procesy AM vyžadují obnovu použitého prášku práškem původním; tyto provozní náklady jsou zahrnuty do ceny.
2. Čas stroje / čas tisku:
   • Hodinová sazba stroje: Poskytovatelé služeb si účtují poplatky podle doby, po kterou jsou jejich drahé stroje AM obsazeny. Sazby se liší v závislosti na typu, velikosti a schopnostech stroje.
   • Část Objem & Výška: Tisk větších a vyšších dílů (v orientaci sestavení) trvá déle, což přímo zvyšuje náklady na strojní čas.
   • Část Složitost: Velmi složité geometrie mohou vyžadovat složitější strategie skenování nebo podpůrné struktury, což může mírně prodloužit dobu tisku.
   • Hustota hnízdění/stavby: Současný tisk více dílů v jedné sestavovací úloze může zlepšit využití stroje a potenciálně snížit náklady na jeden díl, což je důležité zejména pro ceny hromadné aditivní výroby.
3. Podpůrné struktury:
   • Objem: Množství materiálu použitého na podpěry zvyšuje náklady na materiál.
   • Doba tisku: Tiskové podpory prodlužují celkový čas stroje.
   • Práce/čas na odstranění: Odstranění podpěr, zejména složitých nebo vnitřních, vyžaduje značné množství práce a/nebo specializované procesy (obrábění, elektroerozivní obrábění), což výrazně zvyšuje náklady na následné zpracování. Úsilí DfAM o minimalizaci podpěr má přímý dopad na náklady.
4. Následné zpracování:
   • Tepelné zpracování: Náklady se liší v závislosti na požadovaném cyklu (jednoduché uvolnění napětí vs. úplné stárnutí), době pece a požadavcích na atmosféru (vzduch vs. vakuum/inert).
   • Obrábění: Složitost, počet prvků vyžadujících obrábění, požadované úrovně tolerance/dokončení a obtížnost upínání - to vše ovlivňuje náklady na CNC obrábění.
   • Povrchová úprava: Náklady závisí na zvolené metodě (tryskání, bubnování, leštění) a požadované ploše povrchu/úrovni kvality.
   • Inspekce / kontrola kvality: Náklady spojené s rozměrovou kontrolou (čas strávený na souřadnicovém měřicím přístroji), nedestruktivním zkoušením (je-li vyžadováno), zkoušením materiálu a tvorbou dokumentace.
5. Práce a inženýrství:
   • Příprava souborů/nastavení: Čas potřebný pro inženýry k přípravě souboru CAD, zaměření dílu, vygenerování podpěr a drah nástrojů a nastavení úlohy sestavení.
   • Ruční následné zpracování: Práce spojená s odstraňováním stavebních desek, ručním odstraňováním podpěr, základní úpravou, čištěním a manipulací.
6. Objem objednávky:
   • Vytváření prototypů: U jednotlivých dílů nebo velmi malých sérií jsou náklady na díl vyšší kvůli amortizaci nastavení.
   • Výroba v malém až středním objemu: Náklady na díl obvykle klesají s rostoucím objemem díky lepšímu využití strojů (nesting), optimalizovaným pracovním postupům a možným množstevním slevám na materiál nebo služby. Náklady na AM však obecně neklesají s objemem tak strmě jako u tradičního odlévání po amortizaci nástrojů.

Srovnání nákladů (ilustrativní):

Výrobní metoda	Náklady na nástroje	Náklady na díl (nízký objem)	Náklady na díl (vysoký objem)	Dodací lhůta (první díly)	Dodací lhůta (výroba)	Zpracování složitosti
Kov AM (např. LPBF)	Žádný	Mírný – Vysoký	Mírný – Vysoký	Půst (dny/týdny)	Mírný	Vynikající
Tlakové lití	Velmi vysoká	Vysoký (nástroj Amort.)	Velmi nízká	Pomalý (měsíce)	Rychle	Mírný
Odlévání do písku	Nízká a střední úroveň	Mírný	Mírný	Mírná (týdny)	Mírný	Dobrý
CNC obrábění (předlitky)	Velmi nízká	Velmi vysoká	Velmi vysoká	Středně rychlý	Pomalý	Vysoký

Export do archů

(Pozn: Jedná se o zjednodušené srovnání; skutečné náklady do značné míry závisí na konkrétní geometrii dílu, materiálu a objemu.)

Faktory ovlivňující dobu realizace:

The Doba výroby AM nebo celková doba realizace 3D tištěného krytu motoru pro elektromobily zahrnuje několik fází:

1. Citování & Zpracování objednávek: (1-5 dní)
2. Příprava souborů & Plánování: (1-3 dny)
3. Tisk: (1-7+ dní, velmi závisí na velikosti, výšce a hnízdění)
4. Cooldown & Depowdering: (0,5-1 den)
5. Tepelné zpracování: (1-3 dny, včetně doby pece a chlazení)
6. Demontáž stavební desky & Demontáž podpěry: (1-3 dny, velmi variabilní v závislosti na složitosti)
7. CNC obrábění: (2-7+ dní, v závislosti na složitosti a vytížení dílny)
8. Povrchová úprava / další kroky: (1-5 dní, záleží na požadavcích)
9. Kontrola kvality a přeprava: (1-3 dny)

Celkové typické dodací lhůty se mohou pohybovat od 2 týdnů u jednodušších prototypů s minimálním následným zpracováním až po 6-8 týdnů nebo více u složitých krytů vyžadujících rozsáhlé obrábění a dokončovací práce.

Faktory ovlivňující dobu realizace:

• Fronta dodavatelů: Aktuální pracovní zatížení a dostupnost strojů u poskytovatele služeb.
• Část Složitost: Ovlivňuje dobu tisku, odstranění podpěry a dobu obrábění.
• Požadavky na následné zpracování: Každý další krok přidává čas. Obrábění často představuje významnou část časového harmonogramu po tisku.
• Požadavky na kvalitu: Rozsáhlá kontrola nebo testování prodlužují čas.
• Materiál: Některé materiály se tisknou rychleji než jiné; cykly tepelného zpracování se liší.

Při plánování projektů je zásadní včas projednat s potenciálními dodavateli očekávanou dobu realizace a porozumět časovým lhůtám spojeným s jednotlivými kroky procesu. Zejména u počátečních prototypů nebo složitých dílů je vhodné zahrnout do harmonogramu rezervní čas.

Často kladené otázky (FAQ) o 3D tištěných krytech motorů pro elektromobily

Zde jsou odpovědi na některé časté otázky, které inženýři a manažeři nákupu řeší při zvažování aditivní výroby kovů pro kryty motorů elektrických vozidel:

1. Je kovový 3D tisk dostatečně pevný pro konstrukční součást, jako je kryt motoru elektromobilu?

Odpověď: Rozhodně. Při správně řízených procesech AM, jako je laserová fúze v práškovém loži (LPBF), se vyrábějí díly s hustotou obvykle vyšší než 99,5 %, často až 99,9 %. Výsledné mechanické vlastnosti (pevnost v tahu, mez kluzu, únavová životnost) běžných materiálů AM, jako je AlSi10Mg (po tepelném zpracování) nebo IN625, jsou srovnatelné a někdy dokonce lepší než vlastnosti dosažené tradičními metodami odlévání stejných slitin. Při vhodném návrhu (DfAM), výběru materiálu (např. použití vysokopevnostního AlSi10Mg-T6 nebo IN625), řízení procesu a následném zpracování (např. tepelné zpracování) mohou 3D tištěná kovová pouzdra snadno splnit nebo překročit konstrukční požadavky a požadavky na odolnost pro náročné aplikace v automobilovém průmyslu. Rozsáhlé testování a validace jsou samozřejmě nezbytnou součástí vývojového procesu, stejně jako v případě odlévaných nebo obráběných dílů.

2. Jaké jsou náklady na 3D tištěný kryt motoru pro elektromobily ve srovnání s tradičním odléváním?

Odpověď: Srovnání nákladů do značné míry závisí na objemu výroby a složitosti dílů.

• Výroba prototypů & Nízký objem (např. 50-100 kusů): Kovový AM je často výrazně levnější a rychlejší, protože se vyhýbá vysokým počátečním nákladům a dlouhým dodacím lhůtám spojeným s odléváním nástrojů (forem).
• Střední objem (např. stovky až nízké tisíce): Náklady mohou být konkurenceschopné, zejména pokud AM umožňuje výrazné odlehčení (snížení nákladů na materiál) nebo konsolidaci dílů (snížení nákladů na montáž), nebo pokud složitost konstrukce ztěžuje odlévání nebo vyžaduje více kroků odlévání.
• Velký objem (např. >5 000-10 000+ jednotek): Tradiční tlakové lití je obvykle nákladově efektivnější v přepočtu na jeden díl díky plné amortizaci nákladů na nástroje a rychlejším časům cyklů. Hodnota AM však často spočívá v lepším výkonu (lepší tepelný management, nižší hmotnost) nebo v urychlení vývoje, což může v určitých scénářích převážit rozdíly v nákladech na jeden díl. Analýza nákladů na 3D tisk kovů by měly brát v úvahu celkové náklady na vlastnictví a výkonnostní přínosy, nejen výrobní cenu.

3. Lze složité vnitřní chladicí kanály navržené pomocí AM spolehlivě vytisknout a vyčistit?

Odpověď: Ano, to je jedna z klíčových výhod AM, ale vyžaduje pečlivé provedení.

• Tisk: Moderní systémy LPBF mohou vytvářet složité vnitřní kanály s relativně vysokou věrností. Zásady DfAM jsou klíčové - navrhování dostatečně velkých kanálů (obvykle o průměru >1-2 mm, v závislosti na délce a složitosti) a s hladkými cestami, aby se zabránilo zachycení prášku a usnadnil se tisk. Samonosné tvary kanálů (např. kosočtvercové nebo slzovité průřezy) se často upřednostňují před jednoduchými kruhy pro vodorovné úseky.
• Čištění: Důkladné odstranění prášku je velmi důležité. To zahrnuje optimalizovanou orientaci během tisku, která umožňuje odvodnění, pečlivé postupy při vylamování (vibrace, stlačený vzduch) a případně specializované čisticí kroky, jako je čištění ultrazvukem nebo abrazivní průtokové obrábění (AFM) pro kritické aplikace. Kontrola pomocí boroskopů nebo CT skenování může ověřit čistotu kanálů. Zkušení poskytovatelé AM mají zavedené protokoly pro spolehlivou výrobu dílů s čistými a funkčními vnitřními kanály.

4. Jaké jsou obvyklé dodací lhůty pro získání funkčního prototypu krytu motoru vytištěného na 3D tiskárně?

Odpověď: Jak je uvedeno v předchozí části, doba realizace se liší v závislosti na složitosti, velikosti, materiálu a požadovaném následném zpracování. Pro typický prototyp skříně elektromotoru velikosti osobního automobilu vyrobený z AlSi10Mg, který vyžaduje tepelné zpracování, odstranění podpěr a obrábění některých kritických prvků, je doba přípravy 3 až 6 týdnů je přiměřený odhad. Jednodušší prototypy s minimálním dodatečným zpracováním mohou být rychlejší (2-3 týdny), zatímco velmi složité díly nebo díly vyžadující rozsáhlé obrábění nebo specializované dokončovací práce mohou trvat déle (6-8 a více týdnů). Je nezbytné získat od dodavatelů konkrétní nabídky dodacích lhůt na základě vašeho konečného návrhu a specifikací.

Závěr: Budoucnost pohonů elektrických vozidel je aditivní

Neustálá snaha o efektivitu, výkon a inovace na trhu elektromobilů vyžaduje výrobní řešení, která překonávají tradiční omezení. Aditivní výroba kovů se jednoznačně ukázala jako silný nástroj, který nabízí transformační potenciál pro kritické komponenty, jako jsou kryty motorů pro elektromobily.

Jak jsme již zjistili, výhody jsou přesvědčivé:

• Bezkonkurenční volnost designu: Umožňuje optimalizaci topologie pro radikální odlehčení, komplexní vnitřní chladicí kanály pro vynikající tepelný management a konsolidaci dílů pro zjednodušení sestav.
• Zrychlené inovace: Usnadňuje rychlou tvorbu prototypů a iterace návrhu, čímž zkracuje dobu vývoje ve srovnání s metodami závislými na nástrojích.
• Zvýšení výkonu: Lehčí, tužší a chladnější komponenty, které přímo přispívají k většímu dojezdu vozidla, lepšímu výkonu a delší životnosti.
• Flexibilita materiálu: Využití pokročilých materiálů, jako jsou vysoce výkonné slitiny hliníku (AlSi10Mg) a niklové superslitiny (IN625), přizpůsobené specifickým potřebám aplikace.

Přestože existují problémy související s přesností, následným zpracováním a náklady, jsou systematicky řešeny prostřednictvím pokroku v principech DfAM, řízení procesů, automatizace a silných partnerství mezi inovátory v automobilovém průmyslu a odbornými poskytovateli služeb AM. Pochopení nuancí v oblasti konstrukce, výběru materiálů, následného zpracování, nákladových faktorů a schopností dodavatelů je klíčem k úspěšnému využití zavádění technologie AM v automobilovém průmyslu.

Cesta vyžaduje změnu myšlení - navrhování pro proces, aby se uvolnil jeho plný potenciál. Vyžaduje také spolupráci s partnery, kteří mají nejen technologii, ale také hluboké odborné znalosti v oblasti materiálových věd, optimalizace procesů a zajištění kvality, které jsou nezbytné pro výrobu kriticky důležitých materiálů pokročilé automobilové komponenty.

Společnost Met3dp se svým integrovaným přístupem zahrnujícím pokročilou výrobu prášků, nejmodernější tiskové systémy a komplexní aplikační podporu představuje typ partnera, který je pro tento přechod potřebný. Jejich zaměření na přesnost, spolehlivost a kvalitu materiálu poskytuje pevný základ pro vývoj komponentů pohonu elektromobilů nové generace.

Budoucnost elektromobilů je neodmyslitelně spjata s inovacemi ve výrobě. Aditivní výroba kovů již není jen nástrojem pro tvorbu prototypů, ale životaschopným a přesvědčivým výrobním řešením pro komponenty, jako jsou kryty motorů, které otevírají cestu k lehčím, rychlejším, účinnějším a v konečném důsledku udržitelnějším elektromobilům. S tím, jak se tato technologie dále vyvíjí a rozšiřuje, se její role při utváření budoucnost elektrických vozidel bude jen růst.

Jste připraveni prozkoumat, jak může aditivní výroba kovů změnit vaše komponenty pro elektromobily? Obraťte se na odborníky z Met3dp ještě dnes, abyste mohli prodiskutovat své projektové požadavky a zjistit, jak mohou jejich špičkové systémy a prášky podpořit cíle vaší organizace v oblasti aditivní výroby.