Całe podwozie samochodu Divergent3D jest drukowane w technologii 3D. Jego publiczna premiera miała miejsce na stoisku SLM Solutions na targach Formnext 2018 we Frankfurcie w Niemczech, które odbyły się w dniach od 13 do 16 listopada.
Jeśli masz jakąkolwiek wiedzę praktyczną na temat wytwarzania przyrostowego (AM), prawdopodobnie słyszałeś o dyszach druku 3D przeznaczonych do platformy silnika odrzutowego Leap firmy GE. Prasa biznesowa zajmuje się tą historią od 2012 r., gdyż był to pierwszy nagłośniony przypadek zastosowania technologii AM w rzeczywistych warunkach produkcyjnych.
Jednoczęściowe dysze paliwowe zastępują zespoły składające się dotychczas z 20 części. Musiały mieć solidną konstrukcję, ponieważ wewnątrz silnika odrzutowego były narażone na temperatury sięgające 2400 stopni Fahrenheita. Część otrzymała certyfikat lotniczy w 2016 r.
Według doniesień firma GE Aviation ma obecnie ponad 16 000 zobowiązań dotyczących silników Leap. Ze względu na duży popyt firma poinformowała, że ​​jesienią 2018 roku wydrukowała w technologii 3D 30 000. dyszę paliwową. Firma GE Aviation produkuje te części w Auburn w stanie Alabama, gdzie wykorzystuje ponad 40 metalowych drukarek 3D do produkcji części. Firma GE Aviation informuje, że każdy silnik Leap ma 19 dysz paliwowych wydrukowanych w technologii 3D.
Przedstawiciele GE mogą mieć dość rozmów o dyszach paliwowych, ale utorowały one drogę do sukcesu firmy w dziedzinie wytwarzania przyrostowego. W rzeczywistości wszystkie spotkania dotyczące projektowania nowych silników rozpoczynają się od dyskusji o tym, jak włączyć produkcję addytywną do działań związanych z rozwojem produktu. Na przykład nowy silnik GE 9X, który obecnie przechodzi certyfikację, ma 28 dysz paliwowych i mieszalnik spalania drukowany w technologii 3D. W innym przykładzie GE Aviation przeprojektowuje silnik turbośmigłowy, którego konstrukcja jest niemal taka sama od około 50 lat, i będzie miał 12 części drukowanych w technologii 3D, co pozwoli zmniejszyć masę silnika o 5 procent.
„Przez ostatnie kilka lat uczyliśmy się, jak wytwarzać naprawdę duże części metodą wytwarzania przyrostowego” — powiedział Eric Gatlin, szef zespołu ds. wytwarzania przyrostowego w GE Aviation, przemawiając do tłumu zgromadzonego przy stoisku firmy na targach Formnext 2018 we Frankfurcie w Niemczech, na początku listopada.
Gatlin nazwał przyjęcie technologii AM „zmianą paradygmatu” dla GE Aviation. Jednak jego firma nie jest w tym osamotniona. Wystawcy na targach Formnext zauważyli, że w tegorocznych targach było więcej producentów (OEM i Tier 1) niż kiedykolwiek wcześniej. (Organizatorzy targów poinformowali, że w wydarzeniu wzięło udział 26 919 osób, co stanowi wzrost o 25 procent w porównaniu z targami Formnext w 2017 r.) Podczas gdy producenci sprzętu lotniczego i kosmicznego przewodzą działaniom mającym na celu uczynienie produkcji addytywnej rzeczywistością na hali produkcyjnej, firmy motoryzacyjne i transportowe patrzą na tę technologię w nowy sposób. Znacznie poważniej.
Na konferencji prasowej Formnext, Paul Heiden, starszy wiceprezes Ultimaker, podzielił się szczegółami na temat tego, w jaki sposób Ford wykorzystał drukarki 3D swojej firmy w swojej fabryce w Kolonii w Niemczech do stworzenia narzędzi produkcyjnych dla Forda Focusa. Dodał, że firma zaoszczędziła około 1000 euro na każdym narzędziu do drukowania w porównaniu do zakupu takiego samego narzędzia od zewnętrznego dostawcy.
Jeśli inżynierowie produkcji będą potrzebować narzędzi, mogą załadować projekt do oprogramowania do modelowania 3D CAD, dopracować go, wysłać do drukarki i wydrukować w ciągu kilku godzin. Postęp w oprogramowaniu, na przykład możliwość stosowania większej liczby typów materiałów, sprawił, że narzędzia projektowe stały się prostsze w użyciu, dzięki czemu nawet „nieprzeszkoleni” mogą sobie z nim poradzić — powiedział Heiden.
Heiden powiedział, że po tym, jak Ford zademonstrował przydatność narzędzi i osprzętu drukowanych w technologii 3D, kolejnym krokiem dla firmy będzie rozwiązanie problemu zapasów części zamiennych. Zamiast magazynować setki części, drukarki 3D będą używane do drukowania ich w miarę ich zamawiania. Oczekuje się, że Ford sprawdzi następnie, jaki wpływ technologia ta może mieć na produkcję części.
Inne firmy motoryzacyjne już teraz w pomysłowy sposób wdrażają narzędzia druku 3D. Ultimaker podaje przykłady narzędzi, z których Volkswagen korzysta w swoim zakładzie w Palmeli w Portugalii:
Narzędzie wyprodukowane na drukarce 3D Ultimaker służy do kierowania rozmieszczeniem śrub podczas montażu kół w zakładzie montażowym Volkswagena w Portugalii.
Jeśli chodzi o redefinicję produkcji samochodów, inni myślą o wiele szerzej. Jednym z nich jest Kevin Czinger z Divergent3D.
Czinger chce zmienić sposób, w jaki budowane są samochody. Chce opracować nowe podejście, wykorzystujące zaawansowane modelowanie komputerowe i technologię AM, aby tworzyć podwozia lżejsze od tradycyjnych, zawierające mniej części, zapewniające wyższą wydajność i tańsze w produkcji. Firma Divergent3D zaprezentowała swoje podwozie drukowane w technologii 3D na stoisku SLM Solutions Group AG na targach Formnext.
Podwozie wydrukowane na maszynie SLM 500 składa się z samonaprawiających się węzłów, które po wydrukowaniu pasują do siebie. Przedstawiciele Divergent3D twierdzą, że takie podejście do projektowania i montażu podwozia może przynieść oszczędności rzędu 250 milionów dolarów dzięki wyeliminowaniu kosztów oprzyrządowania i zmniejszeniu liczby części o 75 procent.
Firma ma nadzieję w przyszłości sprzedać ten typ jednostki produkcyjnej producentom samochodów. Aby osiągnąć ten cel, Divergent3D i SLM nawiązały bliską współpracę strategiczną.
Senior Flexonics nie jest firmą powszechnie znaną, jest jednak znaczącym dostawcą podzespołów dla przedsiębiorstw z branży motoryzacyjnej, dieslowej, medycznej, naftowo-gazowej i energetycznej. Przedstawiciele firmy spotkali się z GKN Powder Metallurgy w zeszłym roku, aby omówić możliwości druku 3D. Obie firmy podzieliły się swoimi historiami sukcesu na targach Formnext 2018.
Komponenty przeprojektowane z myślą o wykorzystaniu technologii AM to zawory dolotowe i wydechowe chłodnic układu recyrkulacji spalin w pojazdach ciężarowych, zarówno drogowych, jak i terenowych. Firma Advanced Flexonics jest zainteresowana sprawdzeniem, czy istnieją bardziej wydajne sposoby tworzenia prototypów, które wytrzymają testy w warunkach rzeczywistych, a być może także produkcję masową. Dzięki wieloletniemu doświadczeniu w produkcji części do zastosowań motoryzacyjnych i przemysłowych firma GKN dysponuje dogłębną wiedzą na temat porowatości funkcjonalnej części metalowych.
Ten ostatni jest istotny, ponieważ wielu inżynierów uważa, że ​​części do niektórych zastosowań w pojazdach przemysłowych wymagają gęstości 99%. W wielu z tych zastosowań tak nie jest, jak twierdzi dyrektor generalny EOS, Adrian Keppler, co potwierdza ten dostawca technologii maszynowej i partner.
Po opracowaniu i przetestowaniu części wykonanych z materiału EOS StainlessSteel 316L VPro firma Senior Flexonics stwierdziła, że ​​części wytwarzane metodą przyrostową spełniają swoje cele wydajnościowe i mogą być produkowane szybciej niż części odlewane. Na przykład portal można wydrukować w technologii 3D w czasie o 70% krótszym niż w przypadku procesu odlewania. Podczas konferencji prasowej wszystkie strony zaangażowane w projekt przyznały, że ma on ogromny potencjał w kontekście przyszłej produkcji seryjnej.
„Trzeba przemyśleć na nowo sposób wytwarzania części” – powiedział Kepler. „Trzeba inaczej spojrzeć na produkcję. To nie są odlewy ani odkuwki”.
Dla wielu osób działających w branży AM świętym Graalem jest upowszechnienie tej technologii w środowiskach produkcji wielkoseryjnej. W oczach wielu oznaczałoby to całkowitą akceptację.
Technologia AM jest wykorzystywana do produkcji zaworów wlotowych i wylotowych do chłodnic recyrkulacji spalin w pojazdach ciężarowych. Producent tych prototypowych części, Senior Flexonics, bada inne możliwości wykorzystania druku 3D w swojej firmie.
Mając to na uwadze, twórcy materiałów, oprogramowania i maszyn ciężko pracują, aby dostarczać produkty, które to umożliwią. Producenci materiałów starają się tworzyć proszki i tworzywa sztuczne, które będą w stanie powtarzalnie spełniać oczekiwania dotyczące wydajności. Twórcy oprogramowania starają się rozszerzyć swoje bazy danych materiałów, aby symulacje były bardziej realistyczne. Konstruktorzy maszyn projektują ogniwa, które działają szybciej i mają większe zakresy produkcyjne, aby móc jednocześnie wytwarzać więcej części. Wiele pracy jest jeszcze do zrobienia, ale panuje duże podekscytowanie przyszłością produkcji addytywnej w produkcji rzeczywistej.
„Pracuję w tej branży od 20 lat i przez cały ten czas ciągle słyszałem: »Wkrótce wprowadzimy tę technologię do środowiska produkcyjnego«. Czekaliśmy więc i czekaliśmy” – powiedział dyrektor Centrum Kompetencji w zakresie Produkcji Addytywnej UL. Paul Bates, menedżer i prezes Grupy Użytkowników Produkcji Addytywnej, powiedział: „Ale myślę, że w końcu dotarliśmy do punktu, w którym wszystko się zbiega i dzieje się”.
Dan Davis jest redaktorem naczelnym The FABRICATOR, największego w branży magazynu o tematyce obróbki i formowania metali, a także jego siostrzanych wydawnictw: STAMPING Journal, Tube & Pipe Journal i The Welder. Pracuje w tych wydawnictwach od kwietnia 2002 r.
Raport Additive Report koncentruje się na wykorzystaniu technologii wytwarzania addytywnego w produkcji rzeczywistej. Obecnie producenci stosują druk 3D do wytwarzania narzędzi i oprzyrządowania, a niektórzy nawet stosują technologię AM w produkcji wielkoseryjnej. Ich historie zostaną przedstawione w tym miejscu.