Современные технологии меняют мир автомобилей с каждым годом, порой переворачивая его с ног на голову самым неожиданным образом. Возможно, скоро даже дойдёт до того, что проблема поддельных запчастей исчезнет сама собой. Мы просто будем скачивать необходимые детали с сайта нужной автомобильной марки, чтобы самостоятельно напечатать их на 3D-принтере из правильного рекомендованного материала. По крайней мере, уже в нынешнем году несколько автопроизводителей включая концерн Mercedes-Benz заявили о том, что готовы использовать технологии трёхмерной печати для создания элементов своих серийных моделей, встающих на конвейер в ближайшие годы. И разумеется, печать всё чаще рассматривается в качестве основного метода производства техники далёкого будущего вроде Audi Mesarthim F-Tron Quattro с термоядерной силовой установкой на борту, детально проработанные скетчи которого представил нынешним летом тульский дизайнер Григорий Горин.

Более того, на дорогах мира уже появилось несколько экспериментальных машин, рождённых в принтере, а да и на международных автосалонах всё чаще мелькают концепты, созданные тем или иным методом объёмной печати. Даже консервативный Rolls-Royce отличился напечатанным на принтере футуристическим макетом 103 ЕХ, пытающимся дать представление о роскошных электромобилях будущего. Впрочем, с макетами как раз всё понятно: 3d-прототипирование уже сейчас вовсю экономит ресурсы, время и силы едва ли не в каждом конструкторском и дизайнерском бюро, хотя еще несколько лет назад даже в сфере проектирования автомобилей аддитивные технологии казались делом далёкого будущего.

На нынешний момент развитию технологий трёхмерной печати в массовом автомобилестроении мешают, по сути, две вещи. Во-первых, отсутствие полного спектра необходимых конструкционных материалов в варианте для печати и высокая в сравнении с традиционными технологиями стоимость принтерного тиражирования в крупносерийном производстве. Впрочем, над этим сейчас идёт работа. Истечение срока давности ряда важных патентов, развитие технологий в изготовлении самих принтеров и расходников к ним, увеличение объёмов выпуска – всё это постепенно снижает уровень цен на средства производства, а химики, в свою очередь, всё время расширяют ассортимент «стройматериалов».
Не так давно для нужд трёхмерной печати адаптировали полиэфирэфиркетон, также именуемый PEEK в англоязычной технической литературе. Это самый прочный и термостойкий из имеющихся сейчас в мире термопластичных полимеров. Твёрдость и износостойкость этого материала, обладающего полукристаллической структурой, позволяет довольно широко заменять им металлы. Из него можно печатать очень многие детали автомобиля, работающие при темпратурах до 260 градусов, включая подшипники и шестерни. При этом химическая инертность и диэлектрические свойства позволяют в принципе не бояться коррозии. В общем, очень перспективный материал для автомобильной индустрии, особенно в случаях, когда необходимо победить в конструкции лишний вес.

О борьбе с лишним весом думают многие из тех, кто занимается разработкой 3D-печатных автомобилей, но не всегда путь к этому идёт через отказ от металла. Тем более, что пока автомобильная индустрия к этому не готова, да и далеко не всё можно заменить полимерами. Поэтому технологии лазерного спекания и лазерного плавления металлического порошка продолжают совершенствоваться, завоёвывая признание прежде всего там, где требуется делать особо сложные по форме с высочайшей точностью. Выращенные из порошков требуемых чёрных и цветных металлов детали затем можно дальше обрабатывать традиционными методами включая различные виды закалки, полировку и т.п. По сути это альтернатива высокоточному литью, особенно выгодная в штучном и мелкосерийном производстве. На основе этих технологий специалисты калифорнийской компании Divergent 3D предложили печатать шасси модульной конструкции и даже представили созданный по этому принципу свой собственный суперкар. Идея состоит в том, что принтер воспроизводит отдельные силовые элементы пространственной рамы, которые затем соединяются в цельную структуру с помощью прямых отрезков углепластиковых труб стандартного диаметра. Получается быстро, технологично, удобно, легко и прочно.

Другие энтузиасты аддитивных технологий тем временем предлагают ориентироваться на массовый сегмент и по возможности применять более дешевые варианты печати. И прежде всего метод FDM – то есть послойное нанесение пластиковой расплавленной нити – который к нынешнему моменту завоевал наиболее широкое распространение благодаря доступным ценам на оборудование и материалы. То, что эта технология годится не только для создания макетов в дизайнерских студиях, подтверждают уже созданные полноценные ходовые образцы разнообразной колёсной техники, некоторые из которых уже проходят испытания и даже сертификацию для серийного производства. Среди них есть вполне жизнеспособные проекты, которые могут пользоваться неплохим спросом и стоить совсем недорого. Например, представленный в начале нынешней осени пражским дизайнером Петром Чладеком городской двухместный электромобиль 4ekolka, специально придуманный для перемещения по тесным улочкам старых европейских городов-музеев. При серийном производстве такую машину, по предварительным расчётам, можно будет продавать за 11 тысяч евро. Правда, на принтере у неё напечатан лишь кузов и детали интерьера.

Но, как показывает пример тех, кто пошел по этому пути раньше, кузов – только начало. Американская компания Local Motors, практикующая разработку экспериментальных авто- и электромобилей методом краудсорсинга аналогично принципу создания программных продуктов с открытым кодом, выпустила за последние годы уже несколько машин, созданных с применением 3D-печати. И с каждой новинкой процент печатных деталей всё больше. Так представленный ими в нынешнем году электрический родстер Swim состоит из них уже на 75%, а в скором будущем, по словам инженеров компании, в транспортных средствах печатная продукция будет составлять около 90%. При этом фирма занимается не только личным транспортом, то и общественным. Так, среди её уже готовых к серийному производству моделей есть беспилотный городской 12-местный микроавтобус Olli, способный работать как на маршрутах, так и в режиме такси. Автобус оснащён суперкомпьютером Watson от компании IBM, который будет разговаривать с пассажирами во время поездки, объяснять свои манёвры и комментировать окружающую дорожную обстановку. Есть мнение, что говорящий автобус поможет пассажирам преодолеть недоверие к беспилотникам. Компания собирается продвигать подобный транспорт в США, Европе и Австралии.

Наша страна пока что отстаёт от мирового прогресса по части аддитивных технологий в автомобилестроении. Но не так далеко, как всё автомобилестроение в целом. В российских КБ тоже в последние годы активно взялись за макетирование на 3D-принтерах и сейчас это уже стало нормой. Другое дело, что в серийном производстве печатные устройства пока что у нас не востребованы. Впрочем, это легко объяснимо. С одной стороны, стоимость оборудования и расходных материалов для печати металлом таковы, что использовать их в крупносерийном массовом производстве нецелесообразно – тираж на выходе будет заведомо дороже, чем при традиционных технологиях автомобилестроения. Перевод уже существующих заводов на аддитивные технологии потребует огромнейших разовых инвестиций, которые вряд ли окупятся в обозримом будущем. С другой стороны, российские автогиганты пока психологически не готовы использовать главные преимущества 3D-печати: скорость создания новых готовых образцов и лёгкость внесения изменений в уже стоящую в производстве модель. Увы, гибкость и вариативность модельного ряда у наших автопроизводителей не в приоритете. Разработкой и серийной печатью перспективных транспортных средств могли бы заняться небольшие фирмы, концентрирующиеся на нишевых или эксклюзивных продуктах, но как показала жизнь, в российском автомобилестроении пока ещё ни один из малотиражных проектов почему-то не стал успешным, за исключением нескольких вездеходных производств.
В этом году своеобразный прорыв в отрасли совершили представители Центрального научно-исследовательского института технологии машиностроения, создав 3D-принтер для печати металлическими порошками. Пока что устройство работает в тестовом режиме, но уже скоро ожидается его выход на рынок. А это значит, что для отечественной промышленности аддитивные технологии станут немного доступнее.

Узнать подробнее о процессе внедрения аддитивных технологий в автомобилестроения и другие области промышленности можно 17-18 ноября в КВЦ «Сокольники» на ежегодной международной конференции 3D Print Expo 2016.
3D-технологии вскоре изменят не только сферу машиностроения, но и весь наш мир. Хотите узнать как? Приходите на конференцию! Регистрация на событие.

Текст: Наталия Чернышевская, Евгений Константинов, Артемий Мельников
 Фото фирм-производителей.