Јохн Деере се окреће 3Д штампању ефикаснијих делова мотора

Нови Јохн Деере трактори који силазе са производне линије у Манхајму, Немачка, имају први део за компанију: метални 3Д штампани део мотора.

Глобалном произвођачу пољопривредне опреме и опреме за травњаке није страно 3Д штампање, јер га је користио више од 20 година да направи хиљаде прототипова, алата, шаблона и прибора у својим глобалним фабрикама. Али 3Д штампани вентил од нерђајућег челика у систему горива трактора је нови правац и део онога што компанија назива својом паметном индустријском стратегијом.

Покренут 2020. године, Јохн Деере је најавио своју визију да брзо интегрише нове технологије у три фокусне области: производни системи, њихов технолошки низ и решења животног циклуса.

3Д штампа је део ове визије, а овај вентил је један од њених првих плодова. Ефикаснији је него да се традиционално производи. То је око 50% јефтиније и знатно мање, користећи мање материјала. Али ово је само гребање површине зашто је Јохн Деере изабрао да 3Д штампа овај део.

Први од многих 3Д штампаних делова

Нови термални преклопни вентил на најновијим верзијама трактора Јохн Деере 6Р и 6М није само иновативна примена све доступније технологије 3Д штампања метала, то је кулминација око две године истраживања и развоја.

Почело је са изазовом да се осигура да Јохн Деере трактори раде у хладним окружењима. Инжењери су добили задатак да развију вентил који би могао да одржава температуру горива без утицаја на перформансе мотора.

„Прво, почињете са оним што желите да део уради“, каже Удо Шеф, директор инжењеринга за Јохн Деере мале и средње тракторе, „и радите на оптимизацији динамике рачунарске флуида и симулирате је у виртуелном свету, а затим то преносите у дигитални дизајн за прототип модела."

Идеализовани модел прототипа, онај који је пуштао гориво да тече са највећом ефикасношћу, имао је заобљене, глатке унутрашње канале. Функцију, каже Шеф, могуће је креирати само уз 3Д штампање.

„У динамици флуида, када имате две избушене рупе које се укрштају, увек имате оштре углове ако користите алате за обраду. Уз 3Д штампање, можете имати заобљене углове, што је елемент који нам је донео још један корак у оптимизацији вентила."

Да би тестирали да ли ће део радити како се очекивало, инжењери компаније Јохн Деере су радили са особљем за производњу адитива у Немачкој ГКН адитив (3Д прогноза), дигитални произвођач металних делова и материјала, да додатно оптимизује дизајн вентила за гориво за 3Д штампање метала. ГКН је штампао прототип вентила од челика на новом металном 3Д штампачу компаније ХПХПК
, Метал Јет С100 решење. Овај штампач користи једну од металних технологија 3Д штампања – постоји неколико – тзв бризгање везива, где је метални прах спојен заједно са везивним агенсом слој по слој да би се формирао део који се затим синтерује у индустријској пећи. Након тога, део се машински обрађује и склапа.

Термодивертер вентил је подвргнут ригорозном тестирању како би се обезбедио потребан квалитет цеви, који је једнак машинском или ливеном металу. Теренско тестирање дела је такође било успешно.

„Дакле, ово је тачка у којој смо морали да одлучимо како ћемо да произведемо овај део да бисмо задовољили материјалну имовину и друге захтеве“, каже Шеф, који је такође морао да узме у обзир свој кратак рок за овај део, колико ће алат коштати, и како би се део уклопио у ток монтаже.

„И тада смо одлучили, у реду, ако овај 3Д штампани део ради на тестовима и адитивна производња је исплатива, онда ће функционисати и у производњи“, каже Шеф.

Креирање прототипова од истог материјала и метода који ће се користити за завршни део производње даје инжењерима већа уверења о перформансама. „Одабрали смо ХП-ов метални млазни процес јер је много бржи од других процеса металне 3Д штампања“, додаје Јоцхен Муллер, глобални менаџер дигиталног инжењеринга Јохн Деере-а. „Откривамо могућности за испоруку ефикасније, поузданије и одрживије опреме, а ХП нам је пружио савршено решење за то.“

Метална 3Д штампа у производним количинама

Тренутно се више од 4,000 вентила испоручује из ГКН-а у фабрику трактора Јохн Деере за финалну монтажу по цени по делу која је нижа од ковања или глодања. Трактори са овим 3Д штампаним делом су већ на терену, буквално.

Милер каже да је још једна предност 3Д штампања овог конкретног дела уместо коришћења традиционалних метода, додатна агилност у процесу производње. Пошто 3Д штампање не захтева калупе или алате, прототипови делова су били бржи и јефтинији за креирање, што је убрзало процес дизајна. Дизајн се може подесити и побољшати у било ком тренутку. Осим тога, када су у питању резервни делови, није потребан стални инвентар. Дигитална датотека ове вредности може се послати било ком независном произвођачу са ХП Метал Јет технологијом и произведена релативно локално и брзо.

Иако је комплетан дигитални инвентар поправке и резервних делова за садашњу и застарелу Јохн Деер опрему још увек пројекат далеке будућности, компанија већ види потенцијалне предности.

„Имамо огромну организацију резервних делова која је веома, веома заинтересована за 3Д штампање“, каже Милер. Компанија већ размишља о томе који и колико резервних делова може да се конвертује у дигиталне датотеке за 3Д штампање, чиме би се елиминисало складиштење. „Обично имамо резервне делове на залихама отприлике 20 година, понекад и дуже, и веома је тешко предвидети шта да радимо са доступним залихама и како да допунимо залихе ако их понестане.“

Поред 3Д штампања резервних делова на захтев, Муллер предвиђа будућност у којој Јохн Деере може анализирати истрошене или поломљене делове и 3Д штампати прилагођене делове који су ојачани за појединачне случајеве употребе.

3Д штампање доказано кроз израду прототипа

Јохн Деере, као и многе производне и аутомобилске компаније, започео је 3Д штампање у својој инжењерској лабораторији са прототиповима полимерног дизајна делова и концепта возила.

Компанија је брзо научила да су физички модели за руковање, уклапање и упоређивање са постојећим деловима непроцењиви у фази пројектовања. „Људи са производне траке могу да провере да ли је ваш концептни део изводљив из производне перспективе“, примећује Шеф.

Ови прототипови су ефикаснији и знатно бржи од машинске обраде или резбарења дрвета, што је била једна од техника коришћених пре него што је Џон Дир започео 3Д штампање 2000. године.

„Наше интерне могућности 3Д штампања омогућавају нашим дизајнерима да лако тестирају своје идеје и верификују своје концепте у веома раној фази процеса развоја“, додаје Милер. „То је начин размишљања 'пропасти рано'. Желимо да све концепте изнесемо на под као физичке моделе и да имамо различите групе заједно како бисмо изашли са правим концептом. Дакле, 3Д штампање и адитивна производња, генерално, дају нам снагу да то урадимо."

Термодиверзиони вентил је само први од многих 3Д штампаних делова трактора који долазе.

Фабрика алата за 3Д штампање

3Д штампачи се налазе у скоро свим Јохн Деере фабрикама широм света и производе опрему и фабричке алате 24/7. Шеф каже да се и даље одвија традиционална производња јер 3Д штампа не може да замени све, али када су у питању делови са јединственим контурама или посебним алатима, 3Д штампа је метод избора.

Фабричка опрема је скоро увек јединствена за фабричку линију и скупа за машинску обраду у малим количинама. Да би олакшао 3Д штампање ових делова, Јохн Деере је успоставио глобалну мрежу 3Д штампача са различитим технологијама штампача на различитим локацијама, а веће фабрике служе потребама мањих фабрика.

У свакој фабрици Јохн Деере-а, одељење производног инжењеринга, које има задатак да пронађе најефикасније производне процесе, предлаже нове алате и утврђује да ли су они најбоље направљени помоћу адитива или традиционалних технологија. Затим, Муллер-ова група за дигитални инжењеринг развија дигиталне моделе који се шаљу назад у фабрику на 3Д штампање или предају локалној служби за 3Д штампање.

Од прототипова до финалних компоненти, алата и резервних делова, 3Д штампа је једна од главних предности компаније Јохн Деере у њеној тежњи да буде дигиталнија и агилнија организација, каже Милер. Омогућава инжењерима да брже развијају концепте од идеје до физичког дела кроз брзу израду прототипова, а сада, са својим најновијим пројектом, брже и јефтиније пласирају ефикасније делове мотора на тржиште.