Ολόκληρο το πλαίσιο του αυτοκινήτου της Divergent3D είναι τρισδιάστατα εκτυπωμένο. Έκανε το ντεμπούτο του στο κοινό στο περίπτερο της SLM Solutions στην έκθεση Formnext 2018 στη Φρανκφούρτη της Γερμανίας, από τις 13 έως τις 16 Νοεμβρίου.
Αν έχετε κάποια πρακτική γνώση της προσθετικής κατασκευής (AM), πιθανότατα είστε εξοικειωμένοι με τα ακροφύσια τρισδιάστατης εκτύπωσης για την πλατφόρμα κινητήρα Leap jet της GE. Ο οικονομικός τύπος καλύπτει αυτήν την ιστορία από το 2012, καθώς ήταν πράγματι η πρώτη ευρέως δημοσιευμένη περίπτωση προσθετικής κατασκευής σε πραγματικό περιβάλλον παραγωγής.
Τα μονοκόμματα ακροφύσια καυσίμου αντικαθιστούν αυτό που ήταν ένα συγκρότημα 20 μερών. Έπρεπε επίσης να έχει στιβαρό σχεδιασμό επειδή εκτίθετο σε θερμοκρασίες έως και 2.400 βαθμούς Φαρενάιτ μέσα στον κινητήρα τζετ. Το εξάρτημα έλαβε πιστοποίηση πτήσης το 2016.
Σήμερα, η GE Aviation φέρεται να έχει περισσότερες από 16.000 δεσμεύσεις για τους κινητήρες Leap. Λόγω της ισχυρής ζήτησης, η εταιρεία ανέφερε ότι εκτύπωσε το 30.000ό τρισδιάστατα εκτυπωμένο ακροφύσιο καυσίμου το φθινόπωρο του 2018. Η GE Aviation κατασκευάζει αυτά τα εξαρτήματα στο Auburn της Αλαμπάμα, όπου λειτουργεί περισσότερους από 40 τρισδιάστατους εκτυπωτές μετάλλου για την παραγωγή εξαρτημάτων. Η GE Aviation αναφέρει ότι κάθε κινητήρας Leap διαθέτει 19 τρισδιάστατα εκτυπωμένα ακροφύσια καυσίμου.
Οι αξιωματούχοι της GE μπορεί να έχουν κουραστεί να μιλάνε για ακροφύσια καυσίμου, αλλά αυτό άνοιξε το δρόμο για την επιτυχία της εταιρείας στον τομέα της προσθετικής κατασκευής. Στην πραγματικότητα, όλες οι συναντήσεις σχεδιασμού νέων κινητήρων ξεκινούν με μια συζήτηση σχετικά με το πώς να ενσωματωθεί η προσθετική κατασκευή στις προσπάθειες ανάπτυξης προϊόντων. Για παράδειγμα, ο νέος κινητήρας GE 9X που βρίσκεται αυτή τη στιγμή σε στάδιο πιστοποίησης διαθέτει 28 ακροφύσια καυσίμου και έναν αναμικτήρα καύσης με τρισδιάστατη εκτύπωση. Σε ένα άλλο παράδειγμα, η GE Aviation επανασχεδιάζει έναν κινητήρα turboprop, ο οποίος έχει σχεδόν τον ίδιο σχεδιασμό για περίπου 50 χρόνια και θα έχει 12 τρισδιάστατα εκτυπωμένα εξαρτήματα που βοηθούν στη μείωση του βάρους του κινητήρα κατά 5%.
«Αυτό που κάνουμε τα τελευταία χρόνια είναι να μαθαίνουμε να κατασκευάζουμε πραγματικά μεγάλα εξαρτήματα που κατασκευάζονται με πρόσθετα», δήλωσε ο Eric Gatlin, επικεφαλής της ομάδας προσθετικής κατασκευής στην GE Aviation, μιλώντας στο συγκεντρωμένο πλήθος στο περίπτερο της εταιρείας στην Formnext 2018 στη Φρανκφούρτη της Γερμανίας, στις αρχές Νοεμβρίου.
Ο Gatlin συνέχισε χαρακτηρίζοντας την υιοθέτηση της προσθετικής κατασκευής ως «αλλαγή παραδείγματος» για την GE Aviation. Ωστόσο, η εταιρεία του δεν είναι η μόνη. Οι εκθέτες στο Formnext σημείωσαν ότι υπήρχαν περισσότεροι κατασκευαστές (OEM και Tier 1s) στη φετινή έκθεση από ποτέ. (Οι υπεύθυνοι της εμπορικής έκθεσης ανέφεραν ότι 26.919 άτομα παρακολούθησαν την εκδήλωση, αύξηση 25% από το Formnext του 2017.) Ενώ οι κατασκευαστές αεροδιαστημικής ηγήθηκαν της προσπάθειας να γίνει η προσθετική κατασκευή πραγματικότητα στο εργοστάσιο, οι εταιρείες αυτοκινητοβιομηχανίας και μεταφορών εξετάζουν την τεχνολογία με νέο τρόπο. Με πολύ πιο σοβαρό τρόπο.
Σε συνέντευξη Τύπου του Formnext, ο Ανώτερος Αντιπρόεδρος της Ultimaker, Paul Heiden, μοιράστηκε λεπτομέρειες για το πώς η Ford χρησιμοποίησε τους τρισδιάστατους εκτυπωτές της εταιρείας στο εργοστάσιό της στην Κολωνία της Γερμανίας για να δημιουργήσει εργαλεία παραγωγής για το Ford Focus. Είπε ότι η εταιρεία εξοικονόμησε περίπου 1.000 ευρώ ανά εργαλείο εκτύπωσης σε σύγκριση με την αγορά του ίδιου εργαλείου από έναν εξωτερικό προμηθευτή.
Εάν οι μηχανικοί κατασκευής αντιμετωπίζουν την ανάγκη για εργαλεία, μπορούν να φορτώσουν το σχέδιο σε λογισμικό μοντελοποίησης 3D CAD, να το βελτιώσουν, να το στείλουν σε έναν εκτυπωτή και να το εκτυπώσουν μέσα σε λίγες ώρες. Οι εξελίξεις στο λογισμικό, όπως η ενσωμάτωση περισσότερων τύπων υλικών, έχουν βοηθήσει στην ευκολότερη χρήση των εργαλείων σχεδιασμού, έτσι ώστε ακόμη και οι «μη εκπαιδευμένοι» να μπορούν να εργαστούν μέσω του λογισμικού, δήλωσε ο Heiden.
Με την Ford να είναι σε θέση να επιδείξει τη χρησιμότητα των τρισδιάστατα εκτυπωμένων εργαλείων και εξαρτημάτων, ο Heiden δήλωσε ότι το επόμενο βήμα για την εταιρεία είναι να αντιμετωπίσει το πρόβλημα του αποθέματος ανταλλακτικών. Αντί να αποθηκεύουν εκατοντάδες εξαρτήματα, θα χρησιμοποιούνται τρισδιάστατοι εκτυπωτές για την εκτύπωσή τους καθώς παραγγέλνονται. Από εκεί και πέρα, η Ford αναμένεται να δει τι είδους αντίκτυπο μπορεί να έχει η τεχνολογία στην παραγωγή εξαρτημάτων.
Άλλες αυτοκινητοβιομηχανίες ενσωματώνουν ήδη εργαλεία τρισδιάστατης εκτύπωσης με ευφάνταστους τρόπους. Η Ultimaker παρέχει παραδείγματα εργαλείων που χρησιμοποιεί η Volkswagen στο εργοστάσιό της στην Παλμέλα της Πορτογαλίας:
Κατασκευασμένο σε έναν τρισδιάστατο εκτυπωτή Ultimaker, το εργαλείο χρησιμοποιείται για την καθοδήγηση της τοποθέτησης μπουλονιών κατά την τοποθέτηση τροχών στο εργοστάσιο συναρμολόγησης της Volkswagen στην Πορτογαλία.
Όσον αφορά τον επαναπροσδιορισμό της κατασκευής αυτοκινήτων, άλλοι σκέφτονται πολύ ευρύτερα. Ο Kevin Czinger της Divergent3D είναι ένας από αυτούς.
Ο Czinger θέλει να επανεξετάσει τον τρόπο κατασκευής των αυτοκινήτων. Θέλει να δημιουργήσει μια νέα προσέγγιση χρησιμοποιώντας προηγμένη μοντελοποίηση υπολογιστών και AM (Εξωτερική Μοντελοποίηση) για να δημιουργήσει πλαίσια που είναι ελαφρύτερα από τα παραδοσιακά πλαίσια, περιέχουν λιγότερα εξαρτήματα, παρέχουν υψηλότερη απόδοση και είναι λιγότερο ακριβά στην παραγωγή. Η Divergent3D παρουσίασε το τρισδιάστατα εκτυπωμένο πλαίσιο της στο περίπτερο της SLM Solutions Group AG στην Formnext.
Το πλαίσιο που τυπώνεται στο μηχάνημα SLM 500 αποτελείται από αυτοεπιπεδούμενους κόμβους που όλοι προσαρμόζονται μεταξύ τους μετά την εκτύπωση. Οι υπεύθυνοι της Divergent3D λένε ότι αυτή η προσέγγιση στο σχεδιασμό και τη συναρμολόγηση του πλαισίου θα μπορούσε να εξοικονομήσει 250 εκατομμύρια δολάρια εξαλείφοντας το κόστος των εργαλείων και μειώνοντας τα εξαρτήματα κατά 75%.
Η εταιρεία ελπίζει να πουλήσει αυτό το είδος μονάδας παραγωγής σε αυτοκινητοβιομηχανίες στο μέλλον. Η Divergent3D και η SLM έχουν δημιουργήσει μια στενή στρατηγική συνεργασία για την επίτευξη αυτού του στόχου.
Η Senior Flexonics δεν είναι μια εταιρεία πολύ γνωστή στο κοινό, αλλά είναι ένας σημαντικός προμηθευτής εξαρτημάτων σε εταιρείες στους κλάδους της αυτοκινητοβιομηχανίας, του ντίζελ, της ιατρικής, του πετρελαίου και φυσικού αερίου, καθώς και της παραγωγής ενέργειας. Εκπρόσωποι της εταιρείας συναντήθηκαν με την GKN Powder Metallurgy πέρυσι για να συζητήσουν τις δυνατότητες της τρισδιάστατης εκτύπωσης και οι δύο μοιράστηκαν τις ιστορίες επιτυχίας τους στο Formnext 2018.
Τα εξαρτήματα που έχουν επανασχεδιαστεί για να αξιοποιήσουν την AM είναι οι βαλβίδες εισαγωγής και εξαγωγής για ψύκτες ανακυκλοφορίας καυσαερίων για εφαρμογές εμπορικών φορτηγών, τόσο εντός όσο και εκτός δρόμου. Η Advanced Flexonics ενδιαφέρεται να δει αν υπάρχουν πιο αποτελεσματικοί τρόποι για τη δημιουργία πρωτοτύπων που μπορούν να αντέξουν σε δοκιμές σε πραγματικό κόσμο και ενδεχομένως σε μαζική παραγωγή. Με χρόνια γνώσης στην παραγωγή εξαρτημάτων για αυτοκινητοβιομηχανικές και βιομηχανικές εφαρμογές, η GKN έχει εις βάθος κατανόηση της λειτουργικής πορώδους των μεταλλικών εξαρτημάτων.
Το τελευταίο είναι σημαντικό επειδή πολλοί μηχανικοί πιστεύουν ότι τα εξαρτήματα για ορισμένες εφαρμογές βιομηχανικών οχημάτων απαιτούν πυκνότητα 99%. Σε πολλές από αυτές τις εφαρμογές, αυτό δεν ισχύει, σύμφωνα με τον Διευθύνοντα Σύμβουλο της EOS, Adrian Keppler, κάτι που επιβεβαιώνει ο πάροχος και συνεργάτης τεχνολογίας μηχανών.
Αφού ανέπτυξε και δοκίμασε εξαρτήματα κατασκευασμένα από υλικό EOS StainlessSteel 316L VPro, η Senior Flexonics διαπίστωσε ότι τα εξαρτήματα που κατασκευάζονταν με προσθετική μέθοδο πληρούσαν τους στόχους απόδοσης και μπορούσαν να κατασκευαστούν ταχύτερα από τα χυτά εξαρτήματα. Για παράδειγμα, η πύλη μπορεί να εκτυπωθεί τρισδιάστατα στο 70% του χρόνου σε σύγκριση με τη διαδικασία χύτευσης. Στη συνέντευξη Τύπου, όλα τα εμπλεκόμενα μέρη στο έργο αναγνώρισαν ότι αυτό έχει μεγάλες δυνατότητες για μελλοντική μαζική παραγωγή.
«Πρέπει να επανεξετάσετε τον τρόπο κατασκευής των εξαρτημάτων», είπε ο Κέπλερ. «Πρέπει να εξετάσετε την κατασκευή διαφορετικά. Δεν πρόκειται για χυτά ή σφυρήλατα εξαρτήματα».
Για πολλούς στον κλάδο της επεκτατικής μηχανικής (AM), το ιερό δισκοπότηρο είναι η ευρεία υιοθέτηση της τεχνολογίας σε περιβάλλοντα παραγωγής μεγάλου όγκου. Στα μάτια πολλών, αυτό θα αποτελούσε πλήρη αποδοχή.
Η τεχνολογία AM χρησιμοποιείται για την παραγωγή αυτών των βαλβίδων εισόδου και εξόδου για ψύκτες ανακυκλοφορίας καυσαερίων για εφαρμογές εμπορικών φορτηγών. Ο κατασκευαστής αυτών των πρωτότυπων εξαρτημάτων, Senior Flexonics, διερευνά άλλες χρήσεις για τρισδιάστατη εκτύπωση εντός της εταιρείας του.
Έχοντας αυτό κατά νου, οι κατασκευαστές υλικών, λογισμικού και μηχανημάτων εργάζονται σκληρά για να παραδώσουν προϊόντα που το επιτρέπουν αυτό. Οι κατασκευαστές υλικών επιδιώκουν να δημιουργήσουν σκόνες και πλαστικά που μπορούν να ανταποκριθούν στις προσδοκίες απόδοσης με επαναλήψιμο τρόπο. Οι προγραμματιστές λογισμικού προσπαθούν να επεκτείνουν τις βάσεις δεδομένων υλικών τους για να κάνουν τις προσομοιώσεις πιο ρεαλιστικές. Οι κατασκευαστές μηχανημάτων σχεδιάζουν κελιά που λειτουργούν πιο γρήγορα και έχουν μεγαλύτερο εύρος παραγωγής για να φιλοξενούν περισσότερα εξαρτήματα ταυτόχρονα. Απομένει ακόμη δουλειά, αλλά υπάρχει μεγάλος ενθουσιασμός για το μέλλον της προσθετικής κατασκευής στην πραγματική κατασκευή.
«Εργάζομαι σε αυτόν τον κλάδο εδώ και 20 χρόνια και κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου άκουγα συνεχώς: "Είμαστε έτοιμοι να φέρουμε αυτήν την τεχνολογία σε ένα περιβάλλον παραγωγής". Έτσι περιμέναμε και περιμέναμε», δήλωσε ο Διευθυντής του Κέντρου Ικανοτήτων Προσθετικής Κατασκευής της UL. Ο Paul Bates, Διευθυντής και Πρόεδρος της Ομάδας Χρηστών Προσθετικής Κατασκευής, δήλωσε: «Αλλά νομίζω ότι επιτέλους φτάνουμε στο σημείο όπου όλα συγκλίνουν και συμβαίνουν».
Ο Νταν Ντέιβις είναι αρχισυντάκτης του The FABRICATOR, του μεγαλύτερου περιοδικού κατασκευής και διαμόρφωσης μετάλλων στον κλάδο, και των αδελφών εκδόσεων, STAMPING Journal, Tube & Pipe Journal και The Welder. Εργάζεται σε αυτές τις εκδόσεις από τον Απρίλιο του 2002.
Η Έκθεση Προσθετικής επικεντρώνεται στη χρήση τεχνολογιών προσθετικής κατασκευής στην πραγματική μεταποίηση. Οι κατασκευαστές σήμερα χρησιμοποιούν τρισδιάστατη εκτύπωση για την κατασκευή εργαλείων και εξαρτημάτων, και ορισμένοι χρησιμοποιούν ακόμη και την τεχνολογία προσθετικής εκτύπωσης (AM) για εργασίες παραγωγής μεγάλου όγκου. Οι ιστορίες τους θα παρουσιαστούν εδώ.