John Deere siirtyy 3D-tulostukseen tehokkaampien moottorin osien käyttöön

Mannheimissa, Saksassa, valmistuslinjalta vierivillä uusilla John Deere -traktorilla on yritykselle ensimmäinen: metallista 3D-painettu moottoriosa.

Maailmanlaajuiselle maatalous- ja nurmikoneiden valmistajalle ei ole vieras 3D-tulostus, sillä se on käyttänyt sitä yli 20 vuoden ajan tehdäkseen tuhansia prototyyppejä, työkaluja, jigejä ja kalusteita maailmanlaajuisissa tehtaissaan. Mutta 3D-tulostettu ruostumattomasta teräksestä valmistettu venttiili traktorin polttoainejärjestelmässä on uusi suunta ja osa sitä, mitä yritys kutsuu älykkääksi teollisuusstrategiaksi.

Vuonna 2020 lanseerattu John Deere julkisti visionsa integroida nopeasti uusia teknologioita kolmelle painopistealueelle: tuotantojärjestelmät, niiden teknologiapino ja elinkaariratkaisut.

3D-tulostus on osa tätä visiota, ja tämä venttiili on yksi sen ensimmäisistä hedelmistä. Se on tehokkaampi kuin jos se olisi perinteisesti valmistettu. Se on noin 50 % halvempi ja huomattavasti pienempi, sillä se käyttää vähemmän materiaalia. Mutta tämä on vain pintaa, miksi John Deere valitsi 3D-tulostuksen tämän osan.

Ensimmäinen monista 3D-tulostetuista osista

John Deere 6R- ja 6M -traktoreiden uusimpien versioiden uusi lämmönvaihdinventtiili ei ole vain innovatiivinen sovellus yhä helpommin saatavilla olevalle metallin 3D-tulostusteknologialle, vaan se on huipentuma noin kahden vuoden tutkimus- ja kehitystyölle.

Se alkoi haasteella varmistaa, että John Deere -traktorit toimivat kylmissä olosuhteissa. Insinöörit saivat tehtäväkseen kehittää venttiili, joka pystyisi ylläpitämään polttoaineen lämpötilaa vaikuttamatta moottorin suorituskykyyn.

"Ensin aloitat siitä, mitä haluat osan tekevän", sanoo Udo Scheff, John Deeren pienten ja keskikokoisten traktoreiden suunnittelujohtaja, "ja optimoi laskennallisen nesteen dynamiikan ja simuloi sitä virtuaalimaailmassa, sitten siirrät sen prototyyppimallin digitaalisiin suunnitelmiin."

Ihanteellisessa prototyyppimallissa, joka antoi polttoaineen virrata tehokkaimmin, oli pyöristetyt, sileät sisäiset kanavat. Scheffin mukaan ominaisuus on mahdollista luoda vain 3D-tulostuksella.

”Nestedynamiikassa, kun poraat kaksi reikää, jotka leikkaavat toisiaan, sinulla on aina teräviä kulmia, jos käytät työstötyökaluja. 3D-tulostuksen avulla saat pyöristetyt kulmat, mikä toi meidät jälleen askeleen eteenpäin venttiilin optimoinnissa.

John Deeren insinöörit työskentelivät Saksan lisäaineiden valmistushenkilöstön kanssa testatakseen, toimiiko osa odotetulla tavalla GKN-lisäaine (3D-ennuste), digitaalinen metalliosien ja -materiaalien valmistaja, jonka tavoitteena on edelleen optimoida metallin 3D-tulostuksen polttoaineventtiilin suunnittelua. GKN tulostaa prototyyppiventtiilejä teräksestä HP:n uuteen metalliseen 3D-tulostimeenHPQ
, The Metal Jet S100 -ratkaisu. Tämä tulostin käyttää yhtä metallisista 3D-tulostustekniikoista – niitä on useita – nimeltään sideaineen suihkutus, jossa metallijauhe liitetään yhteen sideaineen kanssa kerros kerrokselta muodostaen osan, joka sitten sintrataan teollisessa uunissa. Jälkeenpäin osa koneistetaan ja kootaan.

Lämpövaihtoventtiilille tehtiin tiukat testit, jotta varmistetaan vaadittu putken laatu, joka vastaa koneistettua tai investointivalettua metallia. Myös osan kenttätestaus onnistui.

"Joten tässä kohtaa meidän piti päättää, kuinka aiomme valmistaa tämän osan materiaaliominaisuuksien ja muiden vaatimusten täyttämiseksi", sanoo Scheff, joka joutui myös harkitsemaan tämän osan tiukkaa määräaikaa, kuinka paljon työkalut maksavat. ja kuinka osa sopisi kokoonpanotyönkulkuun.

"Ja silloin päätimme, että jos tämä 3D-tulostettu osa toimii testeissä ja lisäainevalmistus on kustannustehokasta, niin se toimii myös tuotannossa", Scheff sanoo.

Prototyyppien luominen samasta materiaalista ja menetelmästä, jota käytetään lopullisessa tuotantoosassa, antaa insinööreille paremman suorituskyvyn. "Valitsimme HP:n metallisuihkuprosessin, koska se on paljon nopeampi kuin muut metalliset 3D-tulostusprosessit", lisää Jochen Müller, John Deeren globaali digitaalitekniikan johtaja. "Olemme löytämässä mahdollisuuksia toimittaa tehokkaampia, luotettavampia ja kestävämpiä laitteita, ja HP ​​tarjosi meille täydellisen ratkaisun tähän."

Metalli 3D-tulostus tuotantomäärissä

Tällä hetkellä yli 4,000 3 venttiiliä toimitetaan GKN:ltä John Deeren traktoritehtaalle loppukokoonpanoa varten hintaan, joka on pienempi kuin taonta tai jyrsintä. Traktorit, joissa on tämä XNUMXD-tulostettu osa, ovat jo kentällä, kirjaimellisesti.

Müller sanoo, että toinen etu tämän osan 3D-tulostamisesta perinteisten menetelmien sijaan on lisätty ketteryys valmistusprosessissa. Koska 3D-tulostus ei vaadi muotteja tai työkaluja, osien prototyypit olivat nopeampia ja halvempia valmistaa, mikä nopeutti suunnitteluprosessia. Suunnittelua voidaan muokata ja parantaa milloin tahansa. Lisäksi kun kyse on varaosista, pysyvää varastoa ei tarvita. Tämän arvon digitaalinen tiedosto voidaan lähettää mille tahansa kolmannelle osapuolelle HP Metal Jet -tekniikalla ja se voidaan tuottaa suhteellisen paikallisesti ja nopeasti.

Vaikka nykyisten ja vanhojen John Deer -laitteiden korjaus- ja varaosien täydellinen digitaalinen inventointi on vielä kaukainen tulevaisuuden projekti, yritys näkee jo mahdolliset edut.

"Meillä on valtava varaosaorganisaatio, joka on erittäin kiinnostunut 3D-tulostuksesta", Müller sanoo. Jo nyt yhtiö pohtii, mitkä ja kuinka monta varaosaa voidaan muuntaa 3D-tulostettaviksi digitaalisiksi tiedostoiksi, mikä eliminoisi varastoinnin. "Yleensä meillä on varaosia varastossa noin 20 vuotta, joskus jopa pidempään, ja on hyvin vaikea ennustaa, mitä tehdä käytettävissä olevalle varastolle ja miten täydentää varastoa, jos ne loppuvat."

3D-tulostuksen varaosien lisäksi Müller visioi tulevaisuuden, jossa John Deere voi analysoida kuluneita tai rikkoutuneita osia ja 3D-tulostaa räätälöityjä osia, jotka on vahvistettu yksittäisiä käyttötapauksia varten.

3D-tulostus todistettu prototyyppien avulla

John Deere, kuten monet valmistus- ja autoteollisuusyritykset, aloitti 3D-tulostuksen suunnittelulaboratoriossaan osien ja ajoneuvokonseptien polymeerisuunnitteluprototyypeillä.

Yritys oppi nopeasti, että fyysiset mallit, joita voidaan käsitellä, sovittaa ja verrata olemassa oleviin osiin, ovat korvaamattomia suunnitteluvaiheessa. "Koontekolinjan ihmiset voivat tarkistaa, onko konseptiosa toteutettavissa valmistuksen näkökulmasta", Scheff huomauttaa.

Nämä prototyypit ovat tehokkaampia ja huomattavasti nopeampia kuin puun työstäminen tai veistäminen, mikä oli yksi tekniikoista, joita käytettiin ennen kuin John Deere aloitti 3D-tulostuksen vuonna 2000.

"Sisäisten 3D-tulostusominaisuuksiemme ansiosta suunnittelijamme voivat helposti testata ideoitaan ja todentaa konseptinsa hyvin varhaisessa kehitysvaiheessa", lisää Müller. "Se on "epäonnistua aikaisin" -tyyppinen ajattelutapa. Haluamme tuoda kaikki konseptit lattialle fyysisinä malleina ja yhdistää erilaisia ​​ryhmiä oikean konseptin aikaansaamiseksi. Joten 3D-tulostus ja lisäainevalmistus yleensä antavat meille mahdollisuuden tehdä niin."

Lämpöohjausventtiili on vasta ensimmäinen monista 3D-tulostetuista traktorin osista.

3D-tulostustehtaan jigit ja työkalut

3D-tulostimia löytyy melkein jokaiselta John Deeren tehtaalta ympäri maailmaa, ja ne jakavat kalusteita ja tehdastyökaluja 24/7. Scheff sanoo, että perinteistä valmistusta tapahtuu edelleen, koska 3D-tulostus ei voi korvata kaikkea, mutta kun on kyse osista, joissa on ainutlaatuiset ääriviivat tai erikoistyökalut, 3D-tulostus on valintamenetelmä.

Tehdaskalusteet ovat lähes aina ainutlaatuisia tehdaslinjalle ja kalliita koneistaa pieninä määrinä. Helpottaakseen näiden osien 3D-tulostusta John Deere perusti maailmanlaajuisen verkoston 3D-tulostimia erilaisilla tulostintekniikoilla eri paikkoihin ja suuremmat tehtaat palvelevat pienempien tehtaiden tarpeita.

Jokaisella John Deeren tehtaalla valmistustekniikan osasto, jonka tehtävänä on löytää tehokkaimmat valmistusprosessit, ehdottaa uusia työkaluja ja päättää, onko ne parhaiten valmistettu lisäaine- vai perinteisillä tekniikoilla. Sitten Müllerin digitaalinen suunnitteluryhmä kehittää digitaalisia malleja, jotka lähetetään takaisin tehtaalle 3D-tulostukseen tai ulkoistaa paikalliselle 3D-tulostuspalvelulle.

Prototyypeistä lopullisiin komponentteihin, työkaluihin ja varaosiin, 3D-tulostus on yksi John Deeren tärkeimmistä voimavaroista sen pyrkiessä olemaan digitaalisempi ja ketterämpi organisaatio, Müller sanoo. Sen avulla insinöörit voivat kehittää konsepteja ideasta fyysisiin osiin nopeammin nopean prototyyppien osien valmistuksen avulla, ja nyt viimeisimmällä projektillaan tuoda tehokkaampia moottorin osia markkinoille nopeammin ja halvemmalla.