미래의 자동차를 스마트폰처럼 설계하고 제작하는 방법

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Kevin Czinger는 자동차가 스마트폰처럼 설계되고 제작될 수 있다고 생각합니다. 브랜드는 인공 지능 및 기계 학습 슈퍼컴퓨터의 도움을 받아 꼭 필요한 제품을 개발하고, 세계화되지 않은 계약 제조업체 집단에 건설을 맡깁니다. 적층 제조, 즉 3D 프린팅은 그의 비전의 핵심이자 그의 회사인 Divergent 3D의 사명입니다.

2017년에 Czinger의 아이디어를 처음 다루었을 때 그의 차량 아키텍처에는 길이에 맞게 자른 상용 탄소 섬유 튜브를 연결하는 3D 프린팅 알루미늄 노드가 포함되었습니다. 오늘날 카본 튜브는 사라졌고 노드는 서브프레임(Aston Martin DBR22의 경우), 서스펜션 구성 요소, 변속기 케이스(Xtrac의 경우) 및 아마도 곧 엔진 블록과 같은 훨씬 더 스마트한 구조로 진화했습니다.

우리가 탔던 Czinger 21C 하이퍼카는 저투자, 저탄소 제조를 통해 저렴한 운송이 가능하다는 더 넓은 비전에 대한 매력적인 개념 증명입니다. 2017년 이후 이루어진 가장 인상적인 개발 중에는 Czinger의 회사가 개발한 BESO(양방향 진화 구조 최적화)를 활용하는 컴퓨터 지원 설계 알고리즘이 있습니다. 이 반복적인 설계 프로세스는 12-레이저, 분말 금속 소결 "프린터"로 생산할 구성 요소의 모양뿐만 아니라 구성 요소를 구성하는 이상적인 합금도 결정합니다.

엔지니어는 부품 또는 구조의 기본 기하학적 모양, 장착 위치, 정상적인 조건에서 견딜 것으로 예상되는 하중, 충돌 시 허용해야 하는 변형, 피로 요구 사항, 수리 가능성 문제, 환경 작동 조건(예: 부식성 요소 또는 극한의 온도에 노출됩니까?), 마지막으로 무게 및 비용 목표입니다. 이러한 조건이 모두 프로그래밍되면 Czinger의 알고리즘은 저렴하고 일반적으로 접근 가능한 28개 요소 중에서 부품에 이상적인 금속 합금을 선택합니다. 또한 구조, 유체 흐름 또는 기타 이유로 필요한 곳에만 재료를 배치하여 이상적인 모양을 정의합니다. 마지막으로 부품에 대해 가장 레이저 에너지 효율적인 3D 프린팅 레이어 전략을 프로그래밍합니다.

필요한 경우 컴퓨터는 구조나 부품을 주어진 3D 프린터에 맞는 작은 조각으로 세분화할 수 있으며, 접착 결합이나 (수리 가능한 부품의 경우) 기계적 고정을 통해 개별 조각을 결합하는 가장 좋은 방법을 권장합니다. 접착된 부품에는 다양한 접착제를 도포 및/또는 경화하는 데 필요한 탭과 슬롯 또는 창이 있습니다. 이들 중 하나는 오븐에서 60분 만에 경화되며, Czinger의 특허를 받은 또 다른 하나는 자외선을 사용하여 2.0초 만에 경화됩니다. 후자는 오븐으로 향하는 부품을 "가용접"하는 데 사용됩니다. 목표는 모든 부품이 추가 열처리나 부식 대책이 필요하지 않고 최종 조립 전 최소한의 가공 및 후처리만 필요로 하는 이러한 성형 및 접합 공정에서 나오는 것입니다.

그 결과 전체 부품 수를 줄이고 Tesla 기가캐스팅과 같은 하위 조립 공정을 제거하면서도 거대한 주조 장비를 구입하고 여러 부품에 대한 복잡한 다이를 형성하는 엄청난 툴링 비용이 없는 가볍고 강한 부품이 탄생했습니다. 각 제품을 생산하는 데 훨씬 적은 에너지가 필요하며 제품 디자인 변경은 프린터에 새 코드를 플래시하는 것만큼 간단합니다. 또한 동일한 기계에서 한 부품 생산에서 다른 부품 생산으로 전환하는 데 따른 의욕이 최소화됩니다.

Czinger가 제안한 조립 라인은 연간 10,000개의 롤링 섀시 또는 100,000개의 서브프레임을 조립할 수 있는 약 75피트의 육각형 공간을 차지합니다. 이 라인은 3D 프린팅 기계와 마찬가지로 설치 및 시운전에 2~3주가 소요되므로 작은 규모의 제조 작업을 매우 신속하게 확장하고 적응력을 높일 수 있습니다.

이러한 작업을 통해 특정 제품의 손익분기점은 사실상 사라지고 제품 설계 실패로 인한 결과는 거의 제거됩니다. 왜냐하면 최소한의 기존 툴링을 사용하여 기계를 신속하게 프로그래밍하여 다른 자동차나 다른 산업을 위한 부품을 만들 수 있기 때문입니다. 필요에 따라 교체 부품을 인쇄할 수 있으므로 부피가 큰 서비스 부품을 보관할 필요가 없습니다.