Hele bilchassiset til Divergent3D er 3D-printet. Den ble vist frem offentlig på SLM Solutions-standen på Formnext 2018 i Frankfurt, Tyskland, fra 13. til 16. november.
Hvis du har praktisk kunnskap om additiv produksjon (AM), er du sannsynligvis kjent med 3D-printdyser for GEs Leap-jetmotorplattform. Næringslivspressen har dekket denne historien siden 2012, da det faktisk var det første velkjente tilfellet av AM i aksjon i en reell produksjonssetting.
Drivstoffdyser i ett stykke erstatter det som pleide å være en 20-delt enhet. Den måtte også ha en robust design fordi den ble utsatt for temperaturer så høye som 2400 grader Fahrenheit inne i jetmotoren. Delen fikk flysertifisering i 2016.
I dag har GE Aviation angivelig mer enn 16 000 forpliktelser for sine Leap-motorer. På grunn av sterk etterspørsel rapporterte selskapet at de trykket sin 30 000. 3D-printede drivstoffdyse høsten 2018. GE Aviation produserer disse delene i Auburn, Alabama, hvor de driver mer enn 40 metall-3D-printere for delproduksjon. GE Aviation rapporterer at hver Leap-motor har 19 3D-printede drivstoffdyser.
GE-representanter er kanskje lei av å snakke om drivstoffdyser, men det banet vei for selskapets suksess med additiv produksjon. Faktisk starter alle møter om nye motordesign med en diskusjon om hvordan man kan integrere additiv produksjon i produktutviklingsarbeidet. For eksempel har den nye GE 9X-motoren som for tiden er under sertifisering 28 drivstoffdyser og en 3D-printet forbrenningsblander. I et annet eksempel redesigner GE Aviation en turbopropmotor, som har hatt nesten samme design i omtrent 50 år, og vil ha 12 3D-printede deler som bidrar til å redusere motorvekten med 5 prosent.
«Det vi har gjort de siste årene, er å lære å lage virkelig store additivt produserte deler», sa Eric Gatlin, leder for additiv produksjonsteamet hos GE Aviation, da han talte til den fremmøtte forsamlingen på selskapets stand på Formnext 2018 i Frankfurt, Tyskland, tidlig i november.
Gatlin fortsatte med å kalle omfavnelsen av additiv produksjon et «paradigmeskifte» for GE Aviation. Selskapet hans er imidlertid ikke alene. Utstillere på Formnext bemerket at det var flere produsenter (OEM-er og Tier 1-er) på årets messe enn noen gang før. (Messeansvarlige rapporterte at 26 919 personer deltok på arrangementet, en økning på 25 prosent fra Formnext i 2017.) Mens luftfartsprodusenter har ledet an i arbeidet med å gjøre additiv produksjon til en realitet i verkstedgulvet, ser bil- og transportselskaper på teknologien på en ny måte. En mye mer seriøs måte.
På en pressekonferanse i Formnext delte Ultimakers senior visepresident Paul Heiden detaljer om hvordan Ford brukte selskapets 3D-printere ved fabrikken i Köln i Tyskland for å lage produksjonsverktøy for Ford Focus. Han sa at selskapet sparte omtrent 1000 euro per utskriftsverktøy sammenlignet med å kjøpe det samme verktøyet fra en ekstern leverandør.
Hvis produksjonsingeniører står overfor et behov for verktøy, kan de laste designet inn i 3D CAD-modelleringsprogramvare, polere designet, sende det til en skriver og få det skrevet ut innen timer. Fremskritt innen programvare, som å innlemme flere materialtyper, har bidratt til å gjøre designverktøy enklere, slik at selv «utrente» kan jobbe gjennom programvaren, sa Heiden.
Heiden sa at neste steg for selskapet er å ta tak i problemet med reservedelslageret, ettersom Ford nå kan demonstrere nytten av 3D-printede verktøy og inventar. I stedet for å lagre hundrevis av deler, vil 3D-printere bli brukt til å skrive dem ut etter hvert som de bestilles. Derfra forventes det at Ford vil se hvilken innvirkning teknologien kan ha på produksjonen av deler.
Andre bilprodusenter bruker allerede 3D-printverktøy på fantasifulle måter. Ultimaker gir eksempler på verktøy som Volkswagen bruker på fabrikken sin i Palmela i Portugal:
Verktøyet er produsert på en Ultimaker 3D-printer, og brukes til å veilede boltplassering under hjulplassering på Volkswagens monteringsfabrikk i Portugal.
Når det gjelder å omdefinere bilproduksjon, tenker andre mye større. Kevin Czinger fra Divergent3D er en av dem.
Czinger ønsker å tenke nytt om måten biler bygges på. Han ønsker å skape en ny tilnærming ved hjelp av avansert datamodellering og AM for å lage chassis som er lettere enn tradisjonelle rammer, inneholder færre deler, gir høyere ytelse og er billigere å produsere. Divergent3D viste frem sine 3D-printede chassis på SLM Solutions Group AGs stand på Formnext.
Chassiset som er trykt på SLM 500-maskinen består av selvfestende noder som alle passer sammen etter utskrift. Divergent3D-representanter sier at denne tilnærmingen til chassisdesign og -montering kan spare 250 millioner dollar ved å eliminere verktøykostnader og redusere deler med 75 prosent.
Selskapet håper å selge denne typen produksjonsenhet til bilprodusenter i fremtiden. Divergent3D og SLM har inngått et nært strategisk partnerskap for å nå dette målet.
Senior Flexonics er ikke et selskap som er godt kjent for offentligheten, men det er en stor leverandør av komponenter til selskaper innen bil-, diesel-, medisin-, olje- og gassindustrien og kraftproduksjonsindustrien. Representanter for selskapet møtte GKN Powder Metallurgy i fjor for å diskutere mulighetene for 3D-printing, og de to delte sine suksesshistorier på Formnext 2018.
Komponenter som er redesignet for å dra nytte av AM er inntaks- og eksosventiler for eksosgassresirkuleringskjølere for kommersielle lastebilapplikasjoner, både på og utenfor motorveien. Advanced Flexonics er interessert i å se om det finnes mer effektive måter å lage prototyper på som tåler testing i den virkelige verden og muligens masseproduksjon. Med mange års kunnskap om å produsere deler til bil- og industriapplikasjoner har GKN en dyptgående forståelse av den funksjonelle porøsiteten til metalldeler.
Det siste er viktig fordi mange ingeniører mener at deler til visse industrielle kjøretøyapplikasjoner krever 99 % tetthet. I mange av disse applikasjonene er ikke det tilfelle, ifølge EOS' administrerende direktør Adrian Keppler, noe maskinteknologileverandøren og partneren bekrefter.
Etter å ha utviklet og testet deler laget av EOS rustfritt stål 316L VPro-materiale, fant Senior Flexonics ut at additivt produserte deler oppfylte ytelsesmålene sine og kunne produseres raskere enn støpte deler. For eksempel kan portalen 3D-printes i 70 % av tilfellene sammenlignet med støpeprosessen. På pressekonferansen erkjente alle involverte parter i prosjektet at dette har et stort potensial for fremtidig serieproduksjon.
«Du må tenke nytt om hvordan deler lages», sa Kepler. «Du må se på produksjon på en annen måte. Dette er ikke støpegods eller smigods.»
For mange i AM-bransjen er den hellige gral å se teknologien få bred adopsjon i miljøer med stor produksjonsvolum. I manges øyne ville dette representere fullstendig aksept.
AM-teknologi brukes til å produsere disse innløps- og utløpsventilene for eksosgassresirkuleringskjølere for kommersielle lastebilapplikasjoner. Produsenten av disse prototypedelene, Senior Flexonics, undersøker andre bruksområder for 3D-printing i selskapet sitt.
Med dette i tankene jobber material-, programvare- og maskinutviklere hardt for å levere produkter som muliggjør dette. Materialprodusenter ønsker å lage pulver og plast som kan oppfylle ytelsesforventningene på en repeterbar måte. Programvareutviklere prøver å utvide materialdatabasene sine for å gjøre simuleringer mer realistiske. Maskinbyggere designer celler som går raskere og har større produksjonsområder for å få plass til flere deler samtidig. Det gjenstår fortsatt arbeid, men det er mye spenning rundt fremtiden for additiv produksjon i produksjon i den virkelige verden.
«Jeg har vært i denne bransjen i 20 år, og i løpet av den tiden hørte jeg stadig: 'Vi er i ferd med å få denne teknologien inn i et produksjonsmiljø.' Så vi ventet og ventet», sa direktøren for ULs kompetansesenter for additiv produksjon. Paul Bates, leder og president for brukergruppen for additiv produksjon, sa. «Men jeg tror vi endelig kommer til det punktet hvor alt konvergerer og det skjer.»
Dan Davis er sjefredaktør for The FABRICATOR, bransjens største opplagsmagasin for metallfabrikasjon og -forming, og søsterpublikasjonene STAMPING Journal, Tube & Pipe Journal og The Welder. Han har jobbet med disse publikasjonene siden april 2002.
Den additive rapporten fokuserer på bruken av additive produksjonsteknologier i produksjon i den virkelige verden. Produsenter bruker i dag 3D-printing til å lage verktøy og inventar, og noen bruker til og med additiv produksjon til produksjonsarbeid i store mengder. Historiene deres vil bli presentert her.