Wykorzystanie i uznanie druku 3D gwałtownie wzrosło w ostatnich latach, ponieważ firmy z sektorów przemysłowego, konsumenckiego, medycznego i motoryzacyjnego zaczęły zdawać sobie sprawę, że jest to realna alternatywa dla bardziej kosztownych, tradycyjnych form produkcji.
Producent ciągników, John Deere, od lat stosuje wytwarzanie przyrostowe w produkcji swoich prototypów, narzędzi, przyrządów i osprzętu we własnych fabrykach na całym świecie, ale niedawno koncern ogłosił, że będzie wykorzystywał technologię AM również w produkcji gotowych części. John Deere wykorzystuje technologię HP Metal Jet do produkcji termicznych zaworów przełączających w układzie paliwowym dla swoich małych i średnich ciągników montowanych w Mannheim w Niemczech.
„Nasza koncentracja na innowacjach i zrównoważonym rozwoju leży u podstaw wszystkiego, co robimy dla naszych klientów” — powiedział dr Jochen Mueller, kierownik globalnej inżynierii cyfrowej w firmie John Deere. „Jesteśmy dumni, że jako jedni z pierwszych w branży rolniczej wykorzystaliśmy zalety druku 3D zarówno do prototypowania, jak i wytwarzania części końcowych. Wykorzystując przemysłowe platformy do druku 3D polimerów i metali, odkrywamy możliwości dostarczania bardziej wydajnego, niezawodnego i zrównoważonego sprzętu”.
Termiczne zawory przełączające w układzie paliwowym dla małych i średnich ciągników John Deere wytwarzane addytywnie
John Deere wykorzystuje również technologię HP Multi Jet Fusion w optymalizacji procesu produkcyjnego, wykorzystując wydrukowane w 3D prototypy do testowania i dostrajania komponentów, takich jak uchwyty na przednią szybę. Rezultatem jest skrócenie czasu montażu wstępnego z 30 do 10 dni, czasu dostawy nawet o 10 tygodni, a całkowitych kosztów produkcji o 20 do 25%.
HP twierdzi, że jego rozwiązania znacznie poprawiają szybkość druku 3D, jakość części i powtarzalność, dzięki czemu masowo wytwarzane komponenty metalowe 3D są realną opcją dla produkcji komercyjnej. Firma twierdzi, że zaawansowane chemikalia lateksowe opracowane przez HP są korzystne dla samego spoiwa, umożliwiając mocniejsze, bardziej ekologiczne części, eliminując potrzebę usuwania spoiwa i zapewniając jakość produkcji przemysłowej.
Według Ramona Pastora, globalnego szefa i dyrektora generalnego ds. metali 3D w HP Inc. „od ogłoszenia przełomowej technologii Metal Jet w 2018 roku pracujemy nad opracowaniem najbardziej zaawansowanego komercyjnego rozwiązania w branży do masowej produkcji metali 3D” — wyjaśnił Pastor. „Części metalowe drukowane w 3D są kluczową siłą napędową transformacji cyfrowej [w produkcji]”.
Od prototypów po części produkcyjne
Fabryki John Deere od ponad dwóch dekad wykorzystują wytwarzanie przyrostowe (AM), drukując w 3D tysiące narzędzi, przyrządów i osprzętu każdego roku w celu udoskonalenia procesów i zwiększenia ergonomii. AM jest również istotną częścią rozwoju produktu w centrum projektowym producenta małych i średnich ciągników w Mannheim w Niemczech.
„Nasze wewnętrzne możliwości drukowania w 3D pozwalają naszym projektantom łatwo testować swoje pomysły i weryfikować koncepcje na bardzo wczesnym etapie procesu rozwoju” — powiedział Mueller, wymieniając jako korzyść ograniczenie iteracji projektowych i testowych. „Dodatkowo, w całym cyklu życia produktu odblokowywana jest większa elastyczność, od rozwoju poprzez produkcję, aż po dostawę części serwisowych”. Firma przewiduje „cyfrowy magazyn”, w którym części zamienne mogą być drukowane w 3D na żądanie, zmniejszając zapotrzebowanie na fizyczną przestrzeń magazynową.
Nowy termiczny zawór przełączający do ciągników – pierwsza metalowa część firmy wydrukowana w 3D, jest znacznie tańsza (do 50%), mniejsza i zużywa mniej materiału niż konwencjonalnie produkowany zawór. Inżynierowie produktu w firmie John Deere współpracowali z ekspertami ds. produkcji w GKN, aby udoskonalić projekt zaworu paliwa pod kątem wytwarzania przyrostowego. Na przykład wewnętrzne kanały są bardziej okrągłe i gładsze, aby poprawić przepływ paliwa.
W przypadku Metal Jet proszek metalowy jest spajany z płynnym środkiem wiążącym, warstwa po warstwie, aż do powstania zielonej części. Wciąż krucha część jest następnie spiekana w piecach klasy przemysłowej, typowych dla konwencjonalnej metalurgii proszków, aby stać się wysokiej jakości, trwałym elementem metalowym. Jako proces oparty na spiekaniu, gotowe części mają właściwości odpowiednie do rzeczywistych zastosowań.
„Przedsiębiorstwa przemysłowe we wszystkich sektorach mogą czerpać korzyści z zalet technik wytwarzania addytywnego z użyciem sproszkowanych metali — powiedział Roland Pahl, z GKN Additive. „Zwłaszcza jeśli znajdują się pod dużą presją innowacji i osiągnęli swoje granice w przypadku konwencjonalnych technologii, takich jak odlewanie metali”.
Zawór termiczny firmy John Deere przeszedł rygorystyczne testy, aby zapewnić wymaganą jakość części, powiedział Mueller, zauważając, że zawór jest sprawny — tj. utrzymuje temperaturę paliwa bez wpływu na osiągi silnika — nawet w ekstremalnych warunkach pogodowych. Ponad 4000 zaworów zostało wysłanych z GKN do fabryki ciągników John Deere w celu końcowego montażu.
„Termiczny zawór rozdzielający jest wynikiem ukierunkowanej strategii John Deere i tylko jednym z wielu innowacyjnych rozwiązań druku 3D, które pojawią się w przyszłości” — wyjaśnia Mueller.
SmarTech Analysis szacuje, że rynek druku 3D w przemyśle, w tym w sprzęcie rolniczym, wygeneruje od 5,4 do 8 miliardów $ do 2029 r. W ciągu najbliższych kilku lat spodziewamy się wzrostu zastosowań wykonanych ze stopów metali drukowanych w 3D do użytku komercyjnego, przy czym więcej firm zwróci się do tej technologii, aby zabezpieczyć swoją działalność przed warunkami zewnętrznymi, jednocześnie zapewniając klientom produkty wytwarzane w sposób bardziej zrównoważony i spersonalizowane.
