John Deere Daha Verimli Motor Parçalarının 3D Baskısına Dönüyor

Almanya'nın Mannheim kentindeki üretim hattından çıkan yeni John Deere traktörleri, şirket için bir ilki gerçekleştiriyor: 3D baskılı metal motor parçası.

Tarım ve çim ekipmanlarının küresel üreticisi, 3 yılı aşkın bir süredir küresel fabrikalarında binlerce prototip, alet, aparat ve donanım yapmak için bunu kullanan 20D baskıya yabancı değil. Ancak traktörün yakıt sistemindeki 3D baskılı paslanmaz çelik valf, yeni bir yön ve şirketin Akıllı Endüstriyel Strateji adını verdiği şeyin bir parçası.

2020'de piyasaya sürülen John Deere, yeni teknolojileri üç odak alanına hızla entegre etme vizyonunu duyurdu: üretim sistemleri, bunların teknoloji yığını ve yaşam döngüsü çözümleri.

3D baskı bu vizyonun bir parçası ve bu vana da bunun ilk meyvelerinden biri. Geleneksel olarak üretildiğinden daha verimlidir. Yaklaşık %50 daha ucuzdur ve çok daha küçüktür, daha az malzeme kullanır. Ancak bu, John Deere'in neden bu parçayı 3D yazdırmayı seçtiğinin sadece yüzeysel bir örneğidir.

Birçok 3D Baskılı Parçanın İlki

John Deere 6R ve 6M traktörlerinin en son versiyonlarındaki yeni termal yönlendirme valfi, yalnızca giderek daha erişilebilir hale gelen metal 3D baskı teknolojisinin yenilikçi bir uygulaması değil, aynı zamanda yaklaşık iki yıllık Ar-Ge çalışmasının sonucudur.

John Deere traktörlerinin soğuk ortamlarda performans göstermesini sağlama mücadelesiyle başladı. Mühendislere, motor performansını etkilemeden yakıt sıcaklıklarını koruyabilecek bir valf geliştirme görevi verildi.

John Deere'ın küçük ve orta ölçekli traktörlerinin mühendislik direktörü Udo Scheff şöyle diyor: "Öncelikle parçanın ne yapmasını istediğinizle başlarsınız ve hesaplamalı akışkanlar dinamiğini optimize ederek bunu sanal dünyada simüle ederek çalışırsınız, sonra bunu aktarırsınız" bir prototip model için dijital tasarımlara dönüştürüyoruz.”

Yakıtın en yüksek verimlilikle akmasını sağlayan idealize edilmiş prototip model, yuvarlatılmış, pürüzsüz iç kanallara sahipti. Scheff, bir özelliğin yalnızca 3D baskıyla oluşturulabileceğini söylüyor.

"Akışkanlar dinamiğinde, kesişen iki matkap deliğiniz olduğunda, işleme takımları kullanıyorsanız her zaman keskin köşelere sahip olursunuz. 3D baskı ile yuvarlak köşelere sahip olabilirsiniz, bu da bizi vana optimizasyonunda bir adım daha ileri taşıyan unsurdur.”

Parçanın beklendiği gibi çalışıp çalışmadığını test etmek için John Deere mühendisleri Almanya'daki katmanlı üretim personeliyle çalıştı. GKN Katkı Maddesi (Tahmin 3D)metal 3D baskı için yakıt valfi tasarımını daha da optimize etmek amacıyla metal parça ve malzemelerin dijital üreticisi. GKN, HP'nin yeni metal 3D yazıcısında çelikten prototip valfler bastıHPQ
, Metal Jet S100 Çözümü. Bu yazıcı, metal 3D baskı teknolojilerinden birini kullanıyor - birkaç tane var - adı verilen bağlayıcı püskürtmeburada bir metal tozu, daha sonra endüstriyel sınıf bir fırında sinterlenen bir parça oluşturmak için katmanlar halinde bir bağlayıcı madde katmanıyla birleştirilir. Daha sonra parça işlenir ve montajı yapılır.

Termal yönlendirme vanası, işlenmiş veya hassas döküm metale eşit olan gerekli boru kalitesinin sağlanması amacıyla sıkı testlere tabi tutuldu. Parçanın saha testleri de başarılı oldu.

Scheff, "Dolayısıyla bu nokta, malzeme özelliklerini ve diğer gereklilikleri karşılamak için bu parçayı nasıl üreteceğimize karar vermemiz gereken noktaydı" diyor ve aynı zamanda bu parça için son teslim tarihini, işlemenin ne kadara mal olacağını da düşünmek zorunda kaldı. ve parçanın montaj iş akışına nasıl sığacağı.

Scheff, "İşte o zaman, eğer bu 3D baskılı parça testlerde işe yararsa ve katmanlı üretim uygun maliyetliyse, o zaman üretimde de işe yarayacağına karar verdik" diyor.

Nihai üretim parçası için kullanılacak aynı malzeme ve yöntemle prototipler oluşturmak, mühendislere daha fazla performans güvencesi verir. John Deere'ın küresel dijital mühendislik müdürü Jochen Müller şunu ekliyor: "HP'nin metal jet işlemini seçtik çünkü diğer metal 3D baskı süreçlerinden çok daha hızlıdır." "Daha verimli, güvenilir ve sürdürülebilir ekipmanlar sunma fırsatlarını keşfediyoruz ve HP bize bunun için mükemmel çözümü sağladı."

Üretim Hacimlerinde Metal 3D Baskı

Şu anda 4,000'den fazla valf, son montaj için GKN'den John Deere traktör fabrikasına, parça başına dövme veya frezelemeden daha düşük bir fiyatla gönderiliyor. Bu 3D baskılı parçaya sahip traktörler kelimenin tam anlamıyla halihazırda sahada.

Müller, bu özel parçayı geleneksel yöntemler kullanmak yerine 3D yazdırmanın bir başka avantajının da üretim sürecine çeviklik kattığını söylüyor. 3D baskı kalıp veya alet gerektirmediği için parça prototiplerinin oluşturulması daha hızlı ve daha ucuzdu, bu da tasarım sürecini hızlandırdı. Tasarım herhangi bir zamanda değiştirilebilir ve geliştirilebilir. Ayrıca, yedek parçalar söz konusu olduğunda ayakta stok yapılmasına gerek yoktur. Bu değerin dijital dosyası, HP Metal Jet teknolojisine sahip herhangi bir üçüncü taraf üreticiye gönderilebilir ve nispeten yerel ve hızlı bir şekilde üretilebilir.

Mevcut ve eski John Deer ekipmanları için tam bir dijital onarım ve yedek parça envanteri hâlâ uzak bir gelecek projesi olsa da, şirket şimdiden potansiyel faydaları görüyor.

Müller, "3D baskıyla çok ama çok ilgilenen devasa bir yedek parça organizasyonumuz var" diyor. Şirket şimdiden hangi yedek parçanın, kaç adet yedek parçanın 3D yazdırılabilir dijital dosyalara dönüştürülebileceğini ve bu sayede depolama masraflarını ortadan kaldırabileceğini düşünüyor. "Genellikle yaklaşık 20 yıl boyunca, hatta bazen daha da uzun süre yedek parça stoklarımızda bulunur ve mevcut stokla ne yapacağımızı ve stoğunuzun bitmesi durumunda nasıl yenileyeceğimizi tahmin etmek çok zordur."

Müller, talep üzerine yedek parçaların 3D olarak basılmasının ötesinde, John Deere'ın yıpranmış veya kırılmış parçaları analiz edebileceği ve bireysel kullanım durumları için güçlendirilmiş özel parçaları 3D olarak yazdırabileceği bir gelecek hayal ediyor.

Prototipleme Yoluyla Kanıtlanmış 3D Baskı

John Deere, birçok imalat ve otomotiv şirketi gibi, mühendislik laboratuvarlarında parçaların ve araç konseptlerinin polimer tasarım prototipleriyle 3D baskıya başladı.

Şirket, kullanılacak, takılacak ve mevcut parçalarla karşılaştırılacak fiziksel modellere sahip olmanın tasarım aşamasında çok değerli olduğunu kısa sürede öğrendi. Scheff, "Montaj hattındaki insanlar konsept parçanızın üretim açısından uygun olup olmadığını kontrol edebilir" diye belirtiyor.

Bu prototipler, John Deere'ın 3 yılında 2000D baskıya başlamasından önce kullanılan tekniklerden biri olan ahşabı işlemek veya oymaktan daha verimli ve önemli ölçüde daha hızlıdır.

Müller, "Dahili 3D baskı yeteneklerimiz, tasarımcılarımızın fikirlerini kolayca test etmelerine ve konseptlerini geliştirme sürecinin çok erken bir aşamasında doğrulamalarına olanak tanıyor" diye ekliyor. “Bu, 'erken başarısızlık' türü bir zihniyettir. Doğru konsepti ortaya çıkarmak için tüm konseptleri fiziksel model olarak sahaya çıkarıp farklı grupları bir araya getirmek istiyoruz. Yani genel olarak 3D baskı ve katmanlı üretim bize bunu yapma gücü veriyor."

Termal yönlendirme valfi, gelecek birçok 3D baskılı traktör parçasından sadece ilkidir.

3D Baskı Fabrikası Mastarları ve Aletleri

3D yazıcılar, dünya çapındaki hemen hemen her John Deere fabrikasında bulunur ve 24/7 demirbaşlar ve fabrika aletleri üretir. Scheff, 3D baskının her şeyin yerini alamaması nedeniyle hâlâ geleneksel üretimin gerçekleştiğini ancak benzersiz konturlara veya özel takımlara sahip parçalar söz konusu olduğunda tercih edilen yöntemin 3D baskı olduğunu söylüyor.

Fabrika fikstürleri neredeyse her zaman fabrika hattına özeldir ve küçük miktarlarda işlenmesi pahalıdır. Bu parçaların 3D baskısını kolaylaştırmak için John Deere, çeşitli yerlerde farklı yazıcı teknolojilerine sahip küresel bir 3D yazıcı ağı kurdu ve daha büyük fabrikalar, daha küçük fabrikaların ihtiyaçlarına hizmet ediyor.

Her John Deere fabrikasında, en verimli üretim süreçlerini bulmakla görevli üretim mühendisliği departmanı, yeni araçlar önerir ve bunların katmanlı teknolojilerle mi yoksa geleneksel teknolojilerle mi en iyi şekilde üretildiğini belirler. Daha sonra Müller'in dijital mühendislik grubu, 3D baskı için fabrikaya geri gönderilen veya yerel bir 3D baskı hizmetine dış kaynak olarak gönderilen dijital modelleri geliştiriyor.

Müller, prototiplerden son bileşenlere, araçlara ve yedek parçalara kadar, 3D baskının John Deere'in daha dijital ve çevik bir organizasyon olma arayışındaki en önemli varlıklarından biri olduğunu söylüyor. Parçaların hızlı prototiplenmesi yoluyla mühendislerin fikirden fiziksel parçaya kadar konseptleri daha hızlı geliştirmelerine olanak tanıyor ve şimdi son projesiyle daha verimli motor parçalarını daha hızlı ve daha ucuz şekilde pazara sunuyor.