Hela Divergent3Ds bilchassi är 3D-printat. Den gjorde sin offentliga debut i SLM Solutions monter på Formnext 2018 i Frankfurt, Tyskland, från 13 till 16 november.
Om du har någon praktisk kunskap om additiv tillverkning (AM) är du förmodligen bekant med 3D-utskriftsmunstycken för GE:s Leap-jetmotorplattform. Affärspressen har bevakat den här historien sedan 2012, eftersom det faktiskt var det första välpublicerade fallet av AM i aktion i en verklig produktionsmiljö.
Bränslemunstycken i ett stycke ersatte det som tidigare var en 20-delad enhet. Den var också tvungen att ha en robust design eftersom den utsattes för temperaturer så höga som 2 400 grader Fahrenheit inuti jetmotorn. Delen fick flygcertifiering 2016.
Idag har GE Aviation enligt uppgift fler än 16 000 åtaganden för sina Leap-motorer. På grund av stark efterfrågan rapporterade företaget att de tryckte sitt 30 000:e 3D-printade bränslemunstycke hösten 2018. GE Aviation tillverkar dessa delar i Auburn, Alabama, där de driver fler än 40 metall-3D-skrivare för delproduktion. GE Aviation rapporterar att varje Leap-motor har 19 3D-printade bränslemunstycken.
GE-tjänstemän kanske är trötta på att prata om bränslemunstycken, men det banade väg för företagets framgång med additiv tillverkning. Faktum är att alla möten om nya motordesigner börjar med en diskussion om hur man kan integrera additiv tillverkning i produktutvecklingsarbetet. Till exempel har den nya GE 9X-motorn som för närvarande genomgår certifiering 28 bränslemunstycken och en 3D-printad förbränningsblandare. I ett annat exempel omdesignar GE Aviation en turbopropmotor, som har haft nästan samma design i cirka 50 år, och kommer att ha 12 3D-printade delar som hjälper till att minska motorvikten med 5 procent.
”Det vi har gjort de senaste åren är att lära oss att tillverka riktigt stora additivt tillverkade delar”, sa Eric Gatlin, chef för teamet för additiv tillverkning på GE Aviation, när han talade till den samlade publiken i företagets monter på Formnext 2018 i Frankfurt, Tyskland, i början av november.
Gatlin fortsatte med att kalla omfamningen av additiv tillverkning ett "paradigmskifte" för GE Aviation. Hans företag är dock inte ensamt. Utställare på Formnext noterade att det fanns fler tillverkare (OEM-tillverkare och Tier 1-tillverkare) på årets mässa än någonsin tidigare. (Mässtjänstemän rapporterade att 26 919 personer deltog i evenemanget, en ökning med 25 procent från 2017 års Formnext.) Medan flyg- och rymdtillverkare har lett arbetet med att göra additiv tillverkning till verklighet på verkstadsgolvet, betraktas tekniken på ett nytt sätt hos bil- och transportföretag. Ett mycket mer seriöst sätt.
Vid en presskonferens på Formnext delade Ultimakers Senior Vice President Paul Heiden med sig av detaljer om hur Ford använde företagets 3D-skrivare i sin fabrik i Köln, Tyskland, för att skapa produktionsverktyg för Ford Focus. Han sa att företaget sparade cirka 1 000 euro per utskriftsverktyg jämfört med att köpa samma verktyg från en extern leverantör.
Om tillverkningsingenjörer står inför behov av verktyg kan de ladda designen till 3D CAD-modelleringsprogram, finslipa designen, skicka den till en skrivare och få den utskriven inom några timmar. Framsteg inom programvara, som att införliva fler materialtyper, har bidragit till att göra designverktyg enklare, så även "otränade" kan arbeta med programvaran, sa Heiden.
Nu när Ford kan visa nyttan av 3D-printade verktyg och fixturer, sa Heiden att nästa steg för företaget är att ta itu med problemet med reservdelslagret. Istället för att lagra hundratals delar kommer 3D-skrivare att användas för att skriva ut dem allt eftersom de beställs. Därifrån förväntas Ford se vilken inverkan tekniken kan ha på produktionen av delar.
Andra bilföretag använder redan 3D-utskriftsverktyg på fantasifulla sätt. Ultimaker ger exempel på verktyg som Volkswagen använder i sin fabrik i Palmela, Portugal:
Verktyget, som tillverkas på en Ultimaker 3D-skrivare, används för att vägleda bultplacering under hjulmontering på Volkswagens monteringsfabrik i Portugal.
När det gäller att omdefiniera biltillverkning tänker andra mycket större. Kevin Czinger från Divergent3D är en av dem.
Czinger vill ompröva hur bilar byggs. Han vill skapa en ny metod med avancerad datormodellering och AM för att skapa chassin som är lättare än traditionella ramar, innehåller färre delar, ger högre prestanda och är billigare att producera. Divergent3D visade upp sina 3D-printade chassin i SLM Solutions Group AG:s monter på Formnext.
Chassit som trycks på SLM 500-maskinen består av självhäftande noder som alla passar ihop efter tryckning. Divergent3D-tjänstemän säger att denna metod för chassidesign och montering skulle kunna spara 250 miljoner dollar genom att eliminera verktygskostnader och minska antalet delar med 75 procent.
Företaget hoppas kunna sälja den här typen av tillverkningsenhet till biltillverkare i framtiden. Divergent3D och SLM har bildat ett nära strategiskt partnerskap för att uppnå detta mål.
Senior Flexonics är inte ett företag som är välkänt för allmänheten, men det är en stor leverantör av komponenter till företag inom fordons-, diesel-, medicin-, olje- och gasindustrin samt kraftproduktionsindustrin. Företagsrepresentanter träffade GKN Powder Metallurgy förra året för att diskutera möjligheterna med 3D-utskrift, och de två delade med sig av sina framgångshistorier på Formnext 2018.
Komponenter som omdesignats för att dra nytta av AM är insugnings- och avgasventiler för avgaskylare för kommersiella lastbilsapplikationer, både på och utanför vägar. Advanced Flexonics är intresserade av att se om det finns effektivare sätt att skapa prototyper som kan klara verkliga tester och eventuellt massproduktion. Med många års erfarenhet av att producera delar för fordons- och industriapplikationer har GKN en djupgående förståelse för den funktionella porositeten hos metalldelar.
Det senare är viktigt eftersom många ingenjörer tror att delar för vissa industriella fordonstillämpningar kräver 99 % densitet. I många av dessa tillämpningar är det inte fallet, enligt EOS VD Adrian Keppler, vilket maskinteknikleverantören och partnern intygar.
Efter att ha utvecklat och testat delar tillverkade av EOS StainlessSteel 316L VPro-materialet fann Senior Flexonics att additivt tillverkade delar uppfyllde deras prestandamål och kunde tillverkas snabbare än gjutna delar. Till exempel kan portalen 3D-printas i 70 % av fallen jämfört med gjutningsprocessen. Vid presskonferensen erkände alla parter i projektet att detta har stor potential för framtida serieproduktion.
”Man måste tänka om kring hur delar tillverkas”, sa Kepler. ”Man måste se på tillverkning på ett annat sätt. Det här är inte gjutgods eller smidesgods.”
För många inom AM-branschen är den heliga graalen att se tekniken få ett brett genomslag i miljöer med hög volym tillverkning. I mångas ögon skulle detta innebära fullständig acceptans.
AM-teknik används för att producera dessa inlopps- och utloppsventiler för avgaskylare för kommersiella lastbilar. Tillverkaren av dessa prototypdelar, Senior Flexonics, undersöker andra användningsområden för 3D-utskrift inom sitt företag.
Med detta i åtanke arbetar material-, mjukvaru- och maskinutvecklare hårt för att leverera produkter som möjliggör detta. Materialtillverkare letar efter att skapa pulver och plaster som kan uppfylla prestandaförväntningarna på ett repeterbart sätt. Mjukvaruutvecklare försöker utöka sina materialdatabaser för att göra simuleringar mer realistiska. Maskinbyggare designar celler som går snabbare och har större produktionsområden för att rymma fler delar samtidigt. Arbete återstår att göra, men det finns mycket spänning kring framtiden för additiv tillverkning inom verklig tillverkning.
”Jag har varit i den här branschen i 20 år, och under den tiden hörde jag hela tiden: ’Vi är på väg att få in den här tekniken i en produktionsmiljö.’ Så vi väntade och väntade”, sa UL:s chef för Additive Manufacturing Competency Center. Paul Bates, chef och ordförande för Additive Manufacturing User Group. ”Men jag tror att vi äntligen når den punkt där allting konvergerar och det händer.”
Dan Davis är chefredaktör för The FABRICATOR, branschens största tidskrift för metallbearbetning och formning, och dess systerpublikationer, STAMPING Journal, Tube & Pipe Journal och The Welder. Han har arbetat med dessa publikationer sedan april 2002.
Den additiva rapporten fokuserar på användningen av additiva tillverkningstekniker i verklig tillverkning. Tillverkare använder idag 3D-utskrift för att tillverka verktyg och fixturer, och vissa använder till och med AM för storskalig produktion. Deras berättelser kommer att presenteras här.