John Deere пераходзіць да 3D-друку больш эфектыўных дэталяў рухавіка

Новыя трактары John Deere, якія сходзяць з канвеера ў Мангейме, Германія, маюць упершыню для кампаніі: металічную дэталь рухавіка, надрукаваную на 3D-друку.

Сусветны вытворца сельскагаспадарчага і травянога абсталявання не чужы 3D-друк, бо больш за 20 гадоў выкарыстоўваў яго для вырабу тысяч прататыпаў, інструментаў, прыстасаванняў і прыстасаванняў на сваіх сусветных заводах. Але 3D-друкаваны клапан з нержавеючай сталі ў паліўнай сістэме трактара - гэта новы кірунак і частка таго, што кампанія называе сваёй разумнай прамысловай стратэгіяй.

Запушчаны ў 2020 годзе, John Deere абвясціў аб сваім бачанні хуткай інтэграцыі новых тэхналогій у трох галінах: вытворчыя сістэмы, іх набор тэхналогій і рашэнні жыццёвага цыкла.

3D-друк з'яўляецца часткай гэтага бачання, і гэты клапан - адзін з першых пладоў. Гэта больш эфектыўна, чым пры традыцыйнай вытворчасці. Гэта прыкладна на 50% танней і значна менш, з выкарыстаннем менш матэрыялу. Але гэта толькі рыскі таго, чаму John Deere вырашыў надрукаваць гэтую частку ў 3D.

Першая з многіх дэталяў, надрукаваных на 3D

Новы тэрмічны адводны клапан на апошніх версіях трактароў John Deere 6R і 6M - гэта не проста інавацыйнае прымяненне ўсё больш даступнай тэхналогіі 3D-друку з металу, гэта кульмінацыя прыкладна двух гадоў даследаванняў і распрацовак.

Усё пачалося з задачы забяспечыць працу трактароў John Deere ў халодных умовах. Інжынерам было даручана распрацаваць клапан, які мог бы падтрымліваць тэмпературу паліва без уплыву на прадукцыйнасць рухавіка.

«Спачатку вы пачынаеце з таго, што вы хочаце, каб дэталь рабіла, - кажа Уда Шэф, інжынерны дырэктар малых і сярэдніх трактароў John Deere, - і працуеце над аптымізацыяй вылічальнай дынамікі вадкасці і імітуеце яе ў віртуальны свет, а потым пераносіце гэта у лічбавы дызайн для прататыпа мадэлі».

Ідэалізаваны прататып мадэлі, які прапускаў паліва з найбольшай эфектыўнасцю, меў закругленыя гладкія ўнутраныя каналы. Шэф кажа, што функцыю можна стварыць толькі з дапамогай 3D-друку.

«У дынаміцы вадкасці, калі ў вас ёсць дзве свідравальныя адтуліны, якія перасякаюцца, у вас заўсёды ёсць вострыя куты, калі вы выкарыстоўваеце апрацоўчыя інструменты. З дапамогай 3D-друку вы можаце атрымаць круглыя ​​куты, што з'яўляецца элементам, які прынёс нам яшчэ адзін крок наперад у аптымізацыі клапана».

Каб праверыць, ці будзе дэталь працаваць належным чынам, інжынеры John Deere працавалі з персаналам па вытворчасці дабавак у Германіі Дабаўка GKN (прагноз 3D), лічбавы вытворца металічных дэталяў і матэрыялаў, для далейшай аптымізацыі канструкцыі паліўнага клапана для 3D-друку на метале. GKN надрукаваў прататып клапанаў са сталі на новым металічным 3D-прынтары ад HPHPQ
, Рашэнне Metal Jet S100. У гэтым прынтары выкарыстоўваецца адна з металічных тэхналогій 3D-друку - іх некалькі - так званыя ачыстка звязальнага рэчыва, дзе металічны парашок злучаецца разам са звязальным агентам пласт за пластом, каб утварыць дэталь, якая затым спекается ў прамысловай печы. Пасля гэтага дэталь апрацоўваецца і збіраецца.

Тэрмаправодны клапан прайшоў строгія выпрабаванні для таго, каб забяспечыць неабходную якасць трубы, якая адпавядае механічнай апрацоўцы або ліцця па выплавляемым спосабам. Натурныя выпрабаванні дэталі таксама прайшлі паспяхова.

«Такім чынам, гэта момант, калі мы павінны былі вырашыць, як мы будзем вырабляць гэтую дэталь, каб яна адпавядала патрабаванням да ўласцівасцей матэрыялу і іншым патрабаванням», — кажа Шэф, якому таксама прыйшлося ўлічваць сціснутыя тэрміны для гэтай дэталі, колькі будзе каштаваць абсталяванне, і як дэталь будзе ўпісвацца ў працоўны працэс зборкі.

«Тады мы вырашылі: добра, калі гэтая дэталь, надрукаваная на 3D, працуе ў тэстах, а вытворчасць з дадаткамі будзе эканамічна эфектыўнай, яна будзе працаваць і ў вытворчасці», — кажа Шэф.

Стварэнне прататыпаў з тых жа матэрыялаў і метадаў, якія будуць выкарыстоўвацца для канчатковай вытворчасці, дае інжынерам большую гарантыю прадукцыйнасці. «Мы абралі металаструйны працэс ад HP, таму што ён нашмат хутчэй, чым іншыя працэсы 3D-друку на метале», — дадае Ёхен Мюлер, глабальны менеджэр па лічбавай тэхніцы John Deere. «Мы выяўляем магчымасці пастаўкі больш эфектыўнага, надзейнага і ўстойлівага абсталявання, і HP прадаставіла нам для гэтага ідэальнае рашэнне».

3D-друк на метале ў аб'ёмах вытворчасці

У цяперашні час больш за 4,000 клапанаў адпраўляюцца з GKN на трактарны завод John Deere для канчатковай зборкі па цане за дэталь, якая ніжэй, чым пры каванні або фрэзераванні. Трактары з гэтай дэталлю, надрукаванай на 3D, ужо ў полі, у прамым сэнсе.

Мюлер кажа, што яшчэ адна перавага 3D-друку гэтай канкрэтнай дэталі замест выкарыстання традыцыйных метадаў - гэта дадатковая манеўранасць у працэсе вытворчасці. Паколькі для 3D-друку не патрэбныя формы або інструменты, прататыпы частак ствараліся хутчэй і танней, што паскорыла працэс праектавання. Дызайн можна змяніць і палепшыць у любы час. Акрамя таго, калі справа даходзіць да запасных частак, не патрабуецца пастаяннага запасу. Лічбавы файл гэтага значэння можна адправіць любому старонняму вытворцу з тэхналогіяй HP Metal Jet і вырабіць адносна лакальна і хутка.

Нягледзячы на ​​тое, што поўная лічбавая інвентарызацыя рамонту і запасных частак для цяперашняга і састарэлага абсталявання John Deer - гэта яшчэ праект далёкай будучыні, кампанія ўжо бачыць патэнцыйныя перавагі.

«У нас ёсць велізарная арганізацыя па продажы запасных частак, якая вельмі і вельмі зацікаўлена ў 3D-друку», — кажа Мюлер. Кампанія ўжо думае аб тым, якія і колькі запасных частак можна пераўтварыць у лічбавыя файлы для 3D-друку, што пазбавіць ад складзіравання. «Звычайна ў нас ёсць запасныя часткі на працягу прыкладна 20 гадоў, часам нават даўжэй, і вельмі цяжка прадбачыць, што рабіць з наяўнымі запасамі і як папоўніць іх, калі яны скончацца».

Акрамя 3D-друку запасных частак па патрабаванні, Мюлер бачыць будучыню, у якой John Deere зможа аналізаваць зношаныя або зламаныя дэталі і 3D-друкаваць індывідуальныя дэталі, якія ўзмацняюцца для індывідуальных выпадкаў выкарыстання.

3D-друк правераны шляхам стварэння прататыпаў

John Deere, як і многія вытворчыя і аўтамабільныя кампаніі, пачаў 3D-друк у сваёй інжынернай лабараторыі з палімерных прататыпаў дэталяў і канцэпцый аўтамабіляў.

Кампанія хутка даведалася, што наяўнасць фізічных мадэляў, якія трэба апрацоўваць, падганяць і параўноўваць з існуючымі дэталямі, неацэнная на этапе праектавання. «Людзі з канвеера могуць праверыць, ці мэтазгодная ваша канцэпцыя з пункту гледжання вытворчасці», — адзначае Шэф.

Гэтыя прататыпы больш эфектыўныя і значна хутчэйшыя, чым механічная апрацоўка або выразанне з дрэва, што было адным з метадаў, якія выкарыстоўваліся да таго, як John Deere пачаў 3D-друк у 2000 годзе.

«Нашы ўнутраныя магчымасці 3D-друку дазваляюць нашым дызайнерам лёгка правяраць свае ідэі і правяраць свае канцэпцыі на вельмі ранняй стадыі працэсу распрацоўкі», — дадае Мюлер. «Гэта тып мыслення «раней праваліцца». Мы хочам выкласці ўсе канцэпцыі ў выглядзе фізічных мадэляў і аб'яднаць розныя групы, каб выпрацаваць правільную канцэпцыю. Такім чынам, 3D-друк і адытыўная вытворчасць у цэлым дазваляюць нам гэта рабіць».

Тэрмаадводны клапан - гэта толькі першая з многіх дэталяў трактара, надрукаваных на 3D-друку.

Прыстасаванні і інструменты фабрыкі 3D-друку

3D-прынтэры ёсць амаль на кожнай фабрыцы John Deere па ўсім свеце, дзе кругласутачна вырабляюць прыстасаванні і фабрычныя інструменты. Шэф кажа, што па-ранейшаму існуе традыцыйная вытворчасць, таму што 24D-друк не можа замяніць усё, але калі справа даходзіць да дэталяў з унікальнымі контурамі або спецыяльных інструментаў, 7D-друк з'яўляецца метадам выбару.

Фабрычныя прыстасаванні амаль заўсёды з'яўляюцца ўнікальнымі для фабрычнай лініі і дарагія для машыннай вытворчасці ў невялікіх колькасцях. Каб палегчыць 3D-друк гэтых дэталяў, John Deere стварыў глабальную сетку 3D-прынтараў з рознымі тэхналогіямі друкаркі ў розных месцах, і больш буйныя заводы абслугоўваюць патрэбы меншых заводаў.

На кожнай фабрыцы John Deere аддзел вытворчага інжынірынгу, якому даручана знайсці найбольш эфектыўныя вытворчыя працэсы, прапануе новыя інструменты і вызначае, з дапамогай адытыўных або традыцыйных тэхналогій іх лепш за ўсё вырабляць. Затым лічбавая інжынерная група Мюлера распрацоўвае лічбавыя мадэлі, якія адпраўляюцца на завод для 3D-друку або перадаюцца мясцовай службе 3D-друку.

Ад прататыпаў да канчатковых кампанентаў, інструментаў і запасных частак, 3D-друк з'яўляецца адным з асноўных актываў John Deere ў яе імкненні стаць больш лічбавай і гнуткай арганізацыяй, кажа Мюлер. Гэта дазваляе інжынерам хутчэй распрацоўваць канцэпцыі ад ідэі да фізічнай дэталі з дапамогай хуткага прататыпавання частак, а цяпер, з апошнім праектам, выводзіць на рынак больш эфектыўныя дэталі рухавікоў хутчэй і танней.