John Deere okreće se 3D ispisu učinkovitijih dijelova motora

Novi John Deere traktori koji silaze s proizvodne trake u Mannheimu, u Njemačkoj, imaju prvi put u tvrtki: metalni 3D printani dio motora.

Globalnom proizvođaču poljoprivredne opreme i opreme za travnate površine 3D ispis nije stranac, jer ga je koristio više od 20 godina za izradu tisuća prototipova, alata, šablona i uređaja u svojim globalnim tvornicama. Ali 3D ispisani ventil od nehrđajućeg čelika u sustavu goriva traktora novi je smjer i dio onoga što tvrtka naziva svojom pametnom industrijskom strategijom.

Pokrenut 2020., John Deere je najavio svoju viziju brze integracije novih tehnologija u tri fokusna područja: proizvodni sustavi, njihov tehnološki skup i rješenja životnog ciklusa.

3D printanje dio je te vizije, a ovaj ventil jedan je od njezinih prvih plodova. Učinkovitiji je nego da se proizvodi tradicionalno. Oko 50% je jeftiniji i znatno manji, koristi manje materijala. Ali ovo je samo grebanje po površini zašto je John Deere odlučio 3D ispisati ovaj dio.

Prvi od mnogih 3D tiskanih dijelova

Novi toplinski preklopni ventil na najnovijim verzijama traktora John Deere 6R i 6M nije samo inovativna primjena sve dostupnije metalne 3D tehnologije ispisa, to je kulminacija otprilike dvije godine istraživanja i razvoja.

Počelo je s izazovom da se osigura da John Deere traktori rade u hladnim okruženjima. Inženjeri su dobili zadatak razviti ventil koji bi mogao održavati temperaturu goriva bez utjecaja na performanse motora.

“Prvo, počinjete s onim što želite da dio radi,” kaže Udo Scheff, direktor inženjeringa za John Deere male i srednje traktore, “i radite kroz optimizaciju računalne dinamike fluida i simulirate je u virtualnom svijetu, a zatim to prenesete u digitalni dizajn za model prototipa."

Idealizirani prototip modela, onaj koji je propuštao gorivo s najvećom učinkovitošću, imao je zaobljene, glatke unutarnje kanale. Značajku je, kaže Scheff, moguće stvoriti samo 3D ispisom.

“U dinamici fluida, kada imate dvije rupe koje se sijeku, uvijek imate oštre kutove ako koristite alate za obradu. S 3D ispisom možete imati zaobljene kutove, što je element koji nam je donio još jedan korak naprijed u optimizaciji ventila.”

Kako bi testirali hoće li dio raditi kako se očekuje, inženjeri tvrtke John Deere surađivali su s osobljem za proizvodnju aditiva u Njemačkoj GKN aditiv (prognoza 3D), digitalnog proizvođača metalnih dijelova i materijala, za daljnju optimizaciju dizajna ventila za gorivo za metalni 3D ispis. GKN je ispisao prototipove ventila od čelika na novom metalnom 3D printeru iz HP-aHPQ
je Rješenje Metal Jet S100. Ovaj pisač koristi jednu od metalnih 3D tehnologija ispisa – postoji ih nekoliko – tzv binder jetting, gdje se metalni prah spaja s vezivnim sredstvom sloj po sloj kako bi se formirao dio koji se zatim sinterira u industrijskoj peći. Nakon toga, dio se strojno obrađuje i sastavlja.

Termički preklopni ventil podvrgnut je rigoroznim ispitivanjima kako bi se osigurala potrebna kvaliteta cijevi, koja je jednaka strojno obrađenom ili lijevanom metalu. Terensko testiranje dijela također je bilo uspješno.

"Dakle, ovo je točka u kojoj smo morali odlučiti kako ćemo proizvesti ovaj dio da zadovolji zahtjeve svojstva materijala i druge zahtjeve", kaže Scheff, koji je također morao uzeti u obzir svoj kratki rok za ovaj dio, koliko će koštati alat, i kako bi se dio uklopio u tijek rada montaže.

“I tada smo odlučili, u redu, ako ovaj 3D ispisani dio radi u testovima i ako je aditivna proizvodnja isplativa, onda će raditi i u proizvodnji,” kaže Scheff.

Stvaranje prototipova u istom materijalu i metodi koji će se koristiti za završni proizvodni dio daje inženjerima veću sigurnost izvedbe. “Odabrali smo HP-ov postupak s metalnim mlazom jer je puno brži od ostalih postupaka 3D ispisa na metal”, dodaje Jochen Müller, globalni menadžer za digitalni inženjering John Deerea. "Otkrivamo prilike za isporuku učinkovitije, pouzdanije i održivije opreme, a HP nam je za to pružio savršeno rješenje."

Metalni 3D ispis u velikim količinama

Trenutačno se više od 4,000 ventila isporučuje iz GKN-a u tvornicu traktora John Deere na konačnu montažu po cijeni po dijelu koja je niža od cijene kovanja ili glodanja. Traktori s ovim 3D printanim dijelom već su u polju, doslovno.

Müller kaže da je još jedna prednost 3D ispisa ovog određenog dijela umjesto korištenja tradicionalnih metoda dodatna agilnost u procesu proizvodnje. Budući da 3D ispis ne zahtijeva kalupe ili alate, izrada prototipova dijelova bila je brža i jeftinija, što je ubrzalo proces dizajna. Dizajn se može prilagoditi i poboljšati u bilo kojem trenutku. Osim toga, kada su u pitanju zamjenski dijelovi, nisu potrebne stalne zalihe. Digitalna datoteka ove vrijednosti može se poslati bilo kojem trećem proizvođaču s tehnologijom HP Metal Jet i proizvesti relativno lokalno i brzo.

Iako je potpuni digitalni popis popravaka i rezervnih dijelova za sadašnju i staru John Deer opremu još uvijek projekt daleke budućnosti, tvrtka već vidi potencijalne koristi.

"Imamo veliku organizaciju rezervnih dijelova koja je jako, jako zainteresirana za 3D ispis", kaže Müller. Tvrtka već razmišlja o tome koji i koliko rezervnih dijelova može biti pretvoreno u digitalne datoteke za 3D ispis, čime bi se eliminiralo skladištenje. "Obično rezervne dijelove imamo na zalihama otprilike 20 godina, ponekad čak i dulje, i vrlo je teško predvidjeti što učiniti s dostupnim zalihama i kako obnoviti zalihu ako ih ponestane."

Osim 3D ispisa rezervnih dijelova na zahtjev, Müller predviđa budućnost u kojoj John Deere može analizirati istrošene ili polomljene dijelove i 3D ispisivati ​​prilagođene dijelove koji su ojačani za pojedinačne slučajeve upotrebe.

3D ispis dokazan izradom prototipova

John Deere, poput mnogih proizvodnih i automobilskih tvrtki, započeo je 3D ispis u svom inženjerskom laboratoriju s polimernim dizajnom prototipova dijelova i koncepata vozila.

Tvrtka je brzo naučila da su fizički modeli za rukovanje, uklapanje i usporedbu s postojećim dijelovima neprocjenjivi u fazi projektiranja. "Ljudi s proizvodne trake mogu provjeriti je li vaš konceptni dio izvediv iz perspektive proizvodnje", napominje Scheff.

Ovi prototipovi su učinkovitiji i znatno brži od strojne obrade ili rezbarenja drva, što je bila jedna od tehnika korištenih prije nego što je John Deere 3. godine započeo s 2000D ispisom.

"Naše interne mogućnosti 3D ispisa omogućuju našim dizajnerima da jednostavno testiraju svoje ideje i verificiraju svoje koncepte u vrlo ranoj fazi unutar procesa razvoja", dodaje Müller. “To je način razmišljanja 'rano padati'. Želimo predstaviti sve koncepte kao fizičke modele i okupiti različite grupe kako bismo izašli s pravim konceptom. Dakle, 3D ispis i aditivna proizvodnja, općenito, omogućuju nam da to učinimo.”

Toplinski preklopni ventil samo je prvi od mnogih 3D printanih dijelova traktora koji dolaze.

Tvorničke šablone i alati za 3D ispis

3D pisači nalaze se u gotovo svakoj tvornici John Deerea u svijetu i proizvode opremu i tvorničke alate 24/7. Scheff kaže da se još uvijek odvija tradicionalna proizvodnja jer 3D ispis ne može sve zamijeniti, ali kada se radi o dijelovima s jedinstvenim konturama ili posebnim alatima, 3D ispis je metoda izbora.

Tvornička oprema je gotovo uvijek jedinstvena za tvorničku liniju i skupa je za strojnu obradu u malim količinama. Kako bi olakšao 3D ispis tih dijelova, John Deere je uspostavio globalnu mrežu 3D pisača s različitim tehnologijama pisača na različitim lokacijama, a veće tvornice služe potrebama manjih tvornica.

U svakoj John Deere tvornici, odjel za proizvodni inženjering, koji ima zadatak pronaći najučinkovitije proizvodne procese, predlaže nove alate i određuje jesu li oni najbolji izrađeni s aditivnom ili tradicionalnom tehnologijom. Zatim, Müllerova grupa za digitalni inženjering razvija digitalne modele koji se šalju natrag u tvornicu za 3D ispis ili povjeravaju lokalnoj službi za 3D ispis.

Od prototipova do konačnih komponenti, alata i rezervnih dijelova, 3D ispis je jedan od glavnih aduta John Deerea u nastojanju da postane digitalnija i agilnija organizacija, kaže Müller. Omogućuje inženjerima da brže razviju koncepte od ideje do fizičkog dijela kroz brzu izradu prototipa dijelova, a sada, sa svojim najnovijim projektom, brže i jeftinije plasira učinkovitije dijelove motora na tržište.