A John Deere a hatékonyabb motoralkatrészek 3D nyomtatása felé fordul

A németországi mannheimi gyártósorról legördülő új John Deere traktorok a cég számára az elsőt: egy fém 3D-nyomtatott motorrészt.

A mezőgazdasági és gyepfelszerelések globális gyártója számára nem idegen a 3D nyomtatás, hiszen több mint 20 éve használta prototípusok, szerszámok, szúrók és felszerelések ezreit globális gyáraiban. De a 3D-nyomtatott rozsdamentes acél szelep a traktor üzemanyagrendszerében egy új irány, és része annak, amit a vállalat intelligens ipari stratégiájának nevez.

A 2020-ban elindított John Deere bejelentette vízióját, hogy gyorsan integrálja az új technológiákat három fókuszterületen: a termelési rendszerekben, azok technológiai halmazában és az életciklus-megoldásokban.

A 3D nyomtatás ennek a víziónak a része, és ez a szelep az egyik első gyümölcse. Hatékonyabb, mintha hagyományosan gyártanák. Körülbelül 50%-kal olcsóbb és lényegesen kisebb, kevesebb anyag felhasználásával. De ez csak a felszínt karcolja, hogy a John Deere miért választotta ennek a résznek a 3D nyomtatását.

Az első a sok 3D nyomtatott alkatrész közül

A John Deere 6R és 6M traktorok legújabb verzióiban található új termikus váltószelep nem csupán az egyre inkább hozzáférhető fém 3D-nyomtatási technológia innovatív alkalmazása, hanem mintegy kétéves kutatás-fejlesztés csúcspontja.

Ez azzal a kihívással kezdődött, hogy a John Deere traktorok hideg környezetben is jól működjenek. A mérnökök feladata egy olyan szelep kifejlesztése volt, amely képes fenntartani az üzemanyag hőmérsékletét anélkül, hogy befolyásolná a motor teljesítményét.

„Először is azzal kezdi, hogy mit szeretne az alkatrésztől” – mondja Udo Scheff, a John Deere kis- és középkategóriás traktorainak mérnöki igazgatója, „és a számítási folyadékdinamika optimalizálása és a virtuális világban történő szimulációja, majd ezt átadja. prototípus modell digitális tervezésébe.

Az idealizált prototípus modell, amelyik a legnagyobb hatékonysággal engedte az üzemanyagot, lekerekített, sima belső csatornákkal rendelkezett. Scheff szerint egy funkció csak 3D nyomtatással hozható létre.

„A folyadékdinamikában, amikor két furat van, amelyek egymást metszik, mindig éles sarkai vannak, ha megmunkálószerszámokat használunk. A 3D nyomtatással lekerekített sarkokat kaphat, ami az az elem, amely újabb lépést hozott a szelep optimalizálása terén.”

Annak tesztelésére, hogy az alkatrész a várt módon működik-e, a John Deere mérnökei a németországi adalékanyag-gyártó személyzettel dolgoztak GKN-adalék (3D előrejelzés), fém alkatrészek és anyagok digitális gyártója, hogy tovább optimalizálja az üzemanyagszelep kialakítását fém 3D nyomtatáshoz. A GKN acél prototípus szelepeket nyomtatott a HP új fém 3D nyomtatójánHPQ
, a Metal Jet S100 megoldás. Ez a nyomtató az egyik fém 3D nyomtatási technológiát – több is létezik – ún kötőanyag-sugárzás, ahol a fémport rétegről rétegre kötőanyaggal egyesítik, hogy egy alkatrészt képezzenek, amelyet azután egy ipari minőségű kemencében szintereznek. Utána megtörténik az alkatrész megmunkálása és összeszerelése.

A termikus váltószelepet szigorú tesztelésnek vetették alá, hogy biztosítsák a megmunkált vagy befektetett fémöntvénynek megfelelő csőminőséget. Az alkatrész helyszíni tesztelése is sikeres volt.

„Ez az a pont, ahol el kellett döntenünk, hogyan gyártjuk ezt az alkatrészt, hogy megfeleljen az anyagtulajdonságoknak és az egyéb követelményeknek” – mondja Scheff, akinek figyelembe kellett vennie az alkatrész szűk határidejét is, mennyibe kerülne a szerszám. és hogyan illeszkedne az alkatrész az összeszerelési munkafolyamatba.

„És ekkor úgy döntöttünk, oké, ha ez a 3D-nyomtatott alkatrész a teszteken működik, és az additív gyártás költséghatékony, akkor a gyártásban is működni fog” – mondja Scheff.

A prototípusok létrehozása ugyanazzal az anyaggal és módszerrel, mint amelyet a végső gyártási részhez használnak, nagyobb garanciát jelent a mérnökök számára a teljesítményre. „A HP fémsugaras eljárását választottuk, mert az sokkal gyorsabb, mint a többi fém 3D nyomtatási eljárás” – teszi hozzá Jochen Müller, a John Deere globális digitális mérnöki menedzsere. „Felfedezzük a hatékonyabb, megbízhatóbb és fenntarthatóbb berendezések szállításának lehetőségeit, és a HP tökéletes megoldást kínált erre.”

Fém 3D nyomtatás gyártási mennyiségeknél

Jelenleg több mint 4,000 szelepet szállít a GKN a John Deere traktorgyárba végső összeszerelés céljából, alkatrészenkénti áron, amely alacsonyabb, mint a kovácsolás vagy a marás. Az ezzel a 3D-nyomtatott résszel rendelkező traktorok már szó szerint a terepen vannak.

Müller szerint a 3D nyomtatás másik előnye ennek a konkrét alkatrésznek a hagyományos módszerek helyett, a gyártási folyamat agilitása. Mivel a 3D nyomtatáshoz nincs szükség öntőformákra vagy szerszámokra, az alkatrészek prototípusait gyorsabban és olcsóbban lehetett elkészíteni, ami felgyorsította a tervezési folyamatot. A design bármikor módosítható és javítható. Ráadásul, ha cserealkatrészekről van szó, nincs szükség állandó készletre. Az ilyen értékű digitális fájl elküldhető bármely harmadik félnek, HP Metal Jet technológiával, és viszonylag helyben és gyorsan előállítható.

Bár a jelenlegi és a régi John Deer berendezések javítási és pótalkatrészeinek teljes digitális leltárja még távoli jövőbeli projekt, a vállalat már látja a lehetséges előnyöket.

„Hatalmas alkatrész-szervezetünk van, amely nagyon-nagyon érdeklődik a 3D nyomtatás iránt” – mondja Müller. Már most azon gondolkodik a cég, hogy mely és hány alkatrészt lehetne 3D-s nyomtatható digitális fájllá alakítani, amivel megszűnne a raktározás. „Általában nagyjából 20 évig vannak raktáron alkatrészeink, néha még tovább is, és nagyon nehéz megjósolni, hogy mit kezdjünk a rendelkezésre álló készlettel, és hogyan pótoljuk a készletet, ha kifogy.”

Az igény szerinti 3D-s pótalkatrészek nyomtatásán túl a Müller olyan jövőt képzel el, ahol a John Deere elemzi az elhasználódott vagy törött alkatrészeket, és 3D-nyomtatja az egyedi, egyedi felhasználási esetekre megerősített alkatrészeket.

A 3D nyomtatás prototípuskészítéssel bizonyított

A John Deere, mint sok gyártó és autóipari vállalat, megkezdte a 3D nyomtatást mérnöki laborjában, polimer tervezésű alkatrészek és járműkoncepciók prototípusaival.

A vállalat gyorsan megtanulta, hogy a fizikai modellek kezelése, illesztése és a meglévő alkatrészekkel való összehasonlítása felbecsülhetetlen értékű a tervezési fázisban. „Az összeszerelő sor emberei ellenőrizhetik, hogy a koncepció alkatrésze megvalósítható-e gyártási szempontból” – jegyzi meg Scheff.

Ezek a prototípusok hatékonyabbak és lényegesen gyorsabbak, mint a fából való megmunkálás vagy faragás, amely a John Deere 3-es 2000D nyomtatása előtti technikák egyike volt.

„Belső 3D nyomtatási képességeink lehetővé teszik tervezőink számára, hogy a fejlesztési folyamat nagyon korai szakaszában egyszerűen teszteljék ötleteiket és ellenőrizzék elképzeléseiket” – teszi hozzá Müller. „Ez egy „korai kudarc” típusú gondolkodásmód. Minden koncepciót fizikai modellként szeretnénk a padlóra hozni, és különböző csoportokat szeretnénk összeállítani, hogy a megfelelő koncepciót kidolgozzuk. Tehát a 3D nyomtatás és az additív gyártás általában felhatalmaz bennünket erre.”

A termikus elválasztó szelep csak az első a sok 3D-nyomtatott traktor alkatrésze közül.

3D Nyomtatógyári Jigs & Tools

3D nyomtatók szinte minden John Deere gyárban megtalálhatók világszerte, amelyek a hét minden napján, a hét minden napján, 24 órában kidobják a berendezési tárgyakat és a gyári szerszámokat. Scheff szerint még mindig hagyományos gyártás folyik, mert a 7D nyomtatás nem helyettesíthet mindent, de ha egyedi kontúrú alkatrészekről vagy speciális szerszámokról van szó, akkor a 3D nyomtatás a választott módszer.

A gyári szerelvények szinte mindig egyediek egy gyári vonalon, és kis mennyiségben drága megmunkálásuk. Ezen alkatrészek 3D-s nyomtatásának megkönnyítésére a John Deere különböző helyszíneken, különböző nyomtatótechnológiákkal rendelkező 3D nyomtatók globális hálózatát hozta létre, és a nagyobb gyárak a kisebb gyárak igényeit szolgálják ki.

Minden John Deere gyárban a gyártómérnöki részleg, amelynek feladata a leghatékonyabb gyártási folyamatok megtalálása, új eszközöket javasol, és eldönti, hogy azokat additív vagy hagyományos technológiákkal lehet-e a legjobban elkészíteni. Ezután a Müller digitális mérnöki csoportja kifejleszti a digitális modelleket, amelyeket visszaküldenek a gyárba 3D nyomtatásra, vagy kiszervezik a helyi 3D nyomtatási szolgáltatást.

A prototípusoktól a végső alkatrészeken, eszközökön és pótalkatrészeken át a 3D nyomtatás a John Deere egyik fő eszköze a digitálisabb és agilisabb szervezet létrehozására irányuló törekvésében – mondja Müller. Lehetővé teszi a mérnökök számára, hogy az ötlettől a fizikai alkatrészig gyorsabban fejlesszenek koncepciókat az alkatrészek gyors prototípus-készítésén keresztül, és most, legújabb projektjével, gyorsabban és olcsóbban vigyenek piacra hatékonyabb motoralkatrészeket.