汽车原始设备制造商如何通过数字化解决增材制造挑战

[图片来源：宝马]

到 2029 年，汽车 3D 打印市场预计将增长到 90 亿美元。自动化 AM 运营将有助于推动这一增长。

下面，我们将探讨汽车行业 AM 用户面临的可能阻碍这种增长的挑战，以及数字化和软件如何帮助正面应对这些挑战。

汽车行业的增材制造

汽车行业正处于一个重大转变之中，这对于一个以移动人员和事物为导向的行业而言恰如其分。

半导体短缺、燃油效率标准的迫在眉睫的变化以及全球电动和混合动力汽车的持续兴起是影响 2021 年汽车行业的几个显着趋势。

与此同时，汽车原始设备制造商和供应商正在努力应对大流行的影响。 COVID-19 大流行对汽车销售造成了影响，尤其是在其最初几个月。最终，2020 年的销售额同比下降了约 15%，表明该行业出现了大幅下滑。

作为这些趋势的一部分，汽车制造商一直在对柔性制造和供应链弹性进行战略投资。这包括能够更快地整合设计变更，使用更符合人体工程学的工具提高装配线的效率，并通过按需备件提供敏捷性。

增材制造在帮助汽车制造商通过灵活制造振兴其行业方面发挥了重要作用。

一方面，该技术已在汽车产品开发中根深蒂固，使设计师能够使用 3D 打印原型更快地迭代和验证设计。另一方面，主要汽车制造商也一直在扩大 3D 打印在装配线工具、备件和最终用途汽车零件中的使用。

在生产中越来越多地使用增材制造也部分是由于电动汽车的兴起。电动汽车需要更轻才能更节能。

减轻组件的重量需要采用新的方法来设计引擎盖下的组件。 AM 就是这样一种技术，它可以实现传统制造方法无法实现的轻量化和新设计。

也就是说，随着增材制造在汽车中的使用不断增长，管理增材制造生产的复杂性也在增加，包括订单履行、质量控制和供应链管理。无论是原型制作还是批量生产，使用内部增材制造的汽车制造商都必须应对许多挑战。

下面，我们将探讨最紧迫的挑战以及数字自动化如何帮助汽车公司最大限度地提高其 AM 的生产力。

另请阅读：

• 3D 打印如何改变汽车行业？
• 汽车行业的 4 大数字化制造趋势
• 2021年汽车行业10个令人兴奋的3D打印案例

汽车制造商可以通过数字化解决的五个 3D 打印挑战

1.确保更快地完成原型

随着原始设备制造商争先恐后地将先进功能带到道路上，对快速原型设计的需求越来越大。无论汽车制造商需要将概念形象化还是需要使用功能原型测试想法，3D 打印都证明是一种理想的技术。

然而，运行 RP 设施或实验室会带来一系列挑战。例如，手动收集客户订单（通常通过电子邮件或电话收到）、报价和发回报价通常是未优化的活动，会延长交货时间。

在电子表格等孤立工具的帮助下手动管理订购步骤很容易出错，而且几乎没有改进的机会。

更好的解决方案是标准化和自动化收集 3D 打印请求的过程。一种方法是实现一个允许用户的平台，例如工程师，通过上传 3D 文件并选择合适的材料和技术，通过专用门户请求零件。

这意味着他们可以在几分钟内下订单，而无需与 RP 实验室助理沟通，并自动获得有关原型制造工作流程中每个里程碑的通知。

一旦订单进入系统，RP 实验室经理就可以跟踪收到的订单，对它们进行优先排序并安排生产。通过自动化，订单提交流程开始像一台运转良好的机器一样工作，从而节省了管理人员手动收集和组织数据所花费的时间。

由于速度是汽车制造商的重中之重，设计师越快收到他们的原型，他们在测试和验证产品创意时就越灵活。反过来，加速的产品开发可以加快新车的上市时间并在竞争中占据优势。

2.更好地控制增材制造供应链和外包工作流程

汽车行业是供应商、制造商和消费者的综合链。一个现成的产品，如汽车或其他类型的车辆，由数百到数千个元件组成，由不同的公司制造和供应，通常位于不同的国家。

汽车增材制造的供应链同样复杂：希望将 3D 打印零件安装到汽车中的汽车 OEM 必须与不同的供应商合作，以确保零件的及时生产和分销。

然而，正如我们与客户的多次对话所显示的，对于许多汽车制造商来说，从第三方供应商那里采购 AM 零件是低效的。该过程通常涉及来回发送电子邮件和电话以讨论并就价格达成一致，而手动操作会导致缺乏透明度和敏捷性。

AM 供应链是一个需要控制的复杂领域，但这里有一些提示，可以帮助您更有效地管理 AM 供应链：

• 将所有供应商和零部件制造商整合到一个集中的 AM 订单和供应链平台上。供应商和分包商的集成网络使您可以比较生产提前期和成本，从而更轻松地选择更合适的供应商。
  
  
• 当通过附加 MES 进行管理时，集成的供应商网络允许您通过自动路由来简化订单流。这使汽车供应链中的每个人都可以准备好快速接收和处理订单。
  
  
• 最后，通过集中式平台与供应商合作可以提高 AM 零件和项目的可见性，并使您能够及早发现延误或其他问题。

3.确保增材制造工艺的可重复性和零件质量

3D 打印汽车零件时，零件的生产效率和质量至关重要。

然而，虽然传统制造工艺已为人们所熟知，但该行业仍在寻找可保证重复质量的最佳增材制造方法。

在 AM 中，零件是小批量生产的，可能在不同的工厂中生产。如果无法每次都实现一致的生产，制造商很难确保始终按照准确的规格制造零件。

为了确保可重复的 AM 和高质量的成品零件，汽车制造商需要建立标准化的工作流程。

标准化 AM 操作将需要有效管理 AM 系统和流程、自动化和高水平的连接性，以提供完整的工作流程可见性。

因此，汽车 OEM 和供应商需要一个数字增材制造管理系统，如增材制造 MES。

现代增材制造 MES 提供强大的工具，支持标准化、一致的 AM 操作。

Additive MES 允许用户通过向零件添加唯一序列号和定义规则来控制操作，这些规则使零件在不同生产步骤中的流程自动化。例如，一旦订单得到确认，系统可以根据定义的参数（如材料、技术、优先级和 3D 打印机可用性）自动将订单中的零件分配到特定机器。

然后，一旦打印完成，MES 软件可以在后处理操作和质量检查过程中进一步跟踪零件直至交付，从而保持单一的数字线程。

当软件控制流程时，它消除了错误的可能性，例如将零件分配给错误的机器或由于订单优先级混乱而错过最后期限。

此外，数字系统简化了控制质量和审计检查。当数据集中化并记录和跟踪对其的任何更改时，根据行业标准跟踪质量和认证流程变得更加容易。

4.最大限度地提高增材制造实验室的生产力

在管理汽车增材制造设施或实验室时，必须提高生产力，以在昂贵的 3D 打印设备和材料上实现更高的投资回报率。

但是，您如何衡量制造设备的生产率呢？您如何获得洞察力以改进您的流程？

如果没有合适的技术，衡量增材制造生产线的生产力就会变得很困难。如果您依赖电子表格、纸张或不同的软件平台，则尤其如此。

手动、断开连接的工具不足以完成跟踪和测量 AM 系统生产力的任务。它们根本无法提供有效运行 AM 生产所需的可见性级别。

为了更好地跟踪生产力，您可以使用集成的附加 MES 系统，该系统与 AM 系统连接并生成有关关键指标的报告，例如产量、失败与成功率以及机器正常运行时间。

有了这些数据，实验室经理可以识别瓶颈，例如性能不佳的设备，并采取主动措施来保持效率。有关 AM 实验室性能的数据可以鼓励管理人员做出关键的业务决策以提高生产力，例如优化机器参数或为特定任务分配更多操作员。

5.在需要时灵活地生产零件

3D 打印带来的最大机遇之一是按需以灵活的数量制造零件或工具。

然而，为了使该过程高效且可重复，制造商需要一个完整的 AM 文件和生产数据数据库，以便他们能够按需查找、订购和生产零件和工具。

缺乏维护此类数据库的正确系统会抵消按需 3D 打印的优势。例如，将 3D 打印文件存储在文件夹中或通过电子邮件发送它们会很快导致共享文件重复甚至过时。

此外，未经优化的 3D 打印数据存储无法支持制造的敏捷性。对于 AM 实验室经理来说，找到正确版本的文件，仔细检查他们的生产要求，然后才将它们发送到生产中，可能非常耗时。

按需生产的更好方法是建立零件的数字目录，其中存储最新版本的 CAD 模型及其生产要求。

单个文件存储系统可以更轻松地找到设计文件和有关零件的所有必要信息，例如所需的工艺和材料。

虚拟零件库存的另一个好处是它能够连接到您的其他软件应用程序，如 ERP 和 MES。

以数字方式连接您的虚拟库存和生产管理软件有两个基本好处。首先，它允许 AM 用户通过单击按钮来订购零件。其次，AM 生产计划人员可以立即收到有关订单的通知并安排生产零件，而无需繁琐的来回流程。

另请阅读：数字库存可以支持您的增材制造运营的 4 种方式

通过数字化推动汽车增材制造的增长

增材制造帮助汽车制造商和供应商更适应变化并更快地创新。然而，为了充分发挥增材制造的潜力，技术采用者需要确保 3D 打印的效率和可扩展性。

为了支持 AM 的发展，具有前瞻性的汽车制造商转向关键工作流程的数字化。数字化为 AM 运营管理提供了许多好处，包括简化的订购和生产调度、集成供应链和按需增材制造的虚拟库存。

但要充分利用数字化，它需要基于一个集中式平台，该平台可以连接 AM 操作的不同部分，以实现完整的可见性和可追溯性。

这样的平台可以在附加 MES 中找到。随着汽车公司在 3D 打印的帮助下加快产品开发并推出经过优化的汽车零部件，MES 等数字解决方案可帮助他们更高效地完成这项工作，从而为更好的决策、流程优化和可扩展的增长创造机会。

了解 AMFG 如何为您提供帮助

凭借系统连接性、工作流程自动化和广泛的软件集成，我们的增材制造 MES 和工作流程软件提供了一个完整的解决方案，帮助汽车 AM 用户在其组织和供应链中实现互联、可扩展的 AM 流程。