Si John Deere ay Lumiko sa 3D Printing na Mas Mahusay na Mga Bahagi ng Engine

Ang mga bagong John Deere tractors na lumiligid sa linya ng pagmamanupaktura sa Mannheim, Germany, ay may una para sa kumpanya: isang metal na 3D-printed na bahagi ng makina.

Ang pandaigdigang tagagawa ng mga kagamitang pang-agrikultura at turf ay hindi nakikilala sa 3D printing, na ginamit ito nang higit sa 20 taon upang gumawa ng libu-libong prototype, tool, jig, at fixture sa mga pandaigdigang pabrika nito. Ngunit ang 3D-printed stainless steel valve sa fuel system ng tractor ay isang bagong direksyon at bahagi ng tinatawag ng kumpanya sa Smart Industrial Strategy nito.

Inilunsad noong 2020, inihayag ni John Deere ang pananaw nito na mabilis na pagsamahin ang mga bagong teknolohiya sa tatlong pokus na lugar: mga sistema ng produksyon, ang kanilang stack ng teknolohiya, at mga solusyon sa lifecycle.

Ang 3D printing ay bahagi ng pananaw na ito, at ang balbula na ito ay isa sa mga unang bunga nito. Ito ay mas mahusay kaysa sa kung ito ay tradisyonal na ginawa. Ito ay humigit-kumulang 50% na mas mura at makabuluhang mas maliit, gamit ang mas kaunting materyal. Ngunit ito ay gasgas lamang kung bakit pinili ni John Deere na i-print ang bahaging ito ng 3D.

Ang Una sa Maraming 3D na Naka-print na Bahagi

Ang bagong thermal diverter valve sa mga pinakabagong bersyon ng John Deere 6R at 6M tractors ay hindi lamang isang makabagong aplikasyon ng lalong madaling naa-access na teknolohiya sa pagpi-print ng 3D na metal, ito ang culmination ng halos dalawang taon ng R&D.

Nagsimula ito sa isang hamon upang matiyak na gaganap ang mga traktor na John Deere sa malamig na kapaligiran. Ang mga inhinyero ay inatasang bumuo ng balbula na maaaring mapanatili ang temperatura ng gasolina nang hindi naaapektuhan ang pagganap ng makina.

"Una, magsisimula ka sa kung ano ang gusto mong gawin ng bahagi," sabi ni Udo Scheff, direktor ng engineering para sa maliliit at katamtamang laki ng mga traktora ni John Deere, "at magtrabaho sa pamamagitan ng pag-optimize ng computational fluid dynamics at gayahin ito sa virtual na mundo, pagkatapos ay ilipat mo iyon sa mga digital na disenyo para sa isang prototype na modelo."

Ang idealized na modelo ng prototype, ang isa na nagbibigay-daan sa daloy ng gasolina nang may pinakamalaking kahusayan, ay may mga bilugan, makinis na panloob na mga channel. Ang isang tampok, sabi ni Scheff, ay posible lamang na gawin gamit ang 3D printing.

"Sa fluid dynamics, kapag mayroon kang dalawang drill hole na nagsalubong, palagi kang may matutulis na sulok kung gumagamit ka ng mga tool sa machining. Sa pamamagitan ng 3D printing, maaari kang magkaroon ng mga bilog na sulok, na siyang elementong nagdulot sa amin ng isa pang hakbang sa pag-optimize ng balbula."

Upang subukan kung gagana ang bahagi gaya ng inaasahan, ang mga inhinyero sa John Deere ay nakipagtulungan sa mga additive manufacturing staff sa Germany's GKN Additive (Pagtataya 3D), isang digital na tagagawa ng mga bahagi at materyales ng metal, upang higit pang i-optimize ang disenyo ng fuel valve para sa metal 3D printing. Naka-print ang GKN ng mga prototype valve sa bakal sa bagong metal na 3D printer mula sa HPHPQ
, ang Metal Jet S100 Solution. Gumagamit ang printer na ito ng isa sa mga teknolohiyang metal na 3D printing – may ilan – tinatawag binder jetting, kung saan ang isang metal na pulbos ay pinagsama-sama sa isang nagbubuklod na ahente na patong-patong upang bumuo ng isang bahagi na pagkatapos ay sintered sa isang pang-industriyang-grade oven. Afterwords, ang bahagi ay machined at binuo.

Ang thermal diverter valve ay sumailalim sa mahigpit na pagsubok upang matiyak ang kinakailangang kalidad ng tubo, na katumbas ng machined o investment cast metal. Naging matagumpay din ang field testing ng bahagi.

"Kaya ito ang punto kung saan kailangan naming magpasya kung paano namin gagawin ang bahaging ito upang matugunan ang materyal na ari-arian at iba pang mga kinakailangan," sabi ni Scheff, na kinailangan ding isaalang-alang ang kanyang masikip na deadline para sa bahaging ito, kung magkano ang gastos sa tooling, at kung paano magkasya ang bahagi sa workflow ng pagpupulong.

"At doon kami nagpasya, okay, kung ang 3D-print na bahagi na ito ay gumagana sa mga pagsubok at ang additive manufacturing ay cost-efficient, kung gayon ito ay gagana rin sa produksyon," sabi ni Scheff.

Ang paggawa ng mga prototype sa parehong materyal at pamamaraan na gagamitin para sa huling bahagi ng produksyon ay nagbibigay sa mga inhinyero ng higit na katiyakan ng pagganap. "Pinili namin ang proseso ng metal jet mula sa HP dahil mas mabilis ito kaysa sa iba pang mga proseso ng pag-print ng metal na 3D," idinagdag ni Jochen Müller, ang global na digital engineering manager ni John Deere. "Kami ay nakakatuklas ng mga pagkakataon upang makapaghatid ng mas mahusay, maaasahan, at napapanatiling kagamitan, at ibinigay sa amin ng HP ang perpektong solusyon para doon."

Metal 3D Printing sa Production Volume

Sa kasalukuyan, higit sa 4,000 balbula ang ipinapadala mula sa GKN patungo sa pabrika ng traktor ng John Deere para sa panghuling pagpupulong sa isang presyo sa bawat bahagi na mas mababa kaysa sa forging o paggiling. Ang mga traktora na may ganitong 3D-print na bahagi ay nasa field na, literal.

Sinabi ni Müller na isa pang benepisyo ng 3D printing ang partikular na bahaging ito sa halip na gumamit ng mga tradisyonal na pamamaraan, ay idinagdag ang liksi sa proseso ng pagmamanupaktura. Dahil ang pag-print ng 3D ay hindi nangangailangan ng mga hulma o tool, ang mga prototype ng bahagi ay mas mabilis at mas murang gawin, na nagpabilis sa proseso ng disenyo. Ang disenyo ay maaaring i-tweak at pagbutihin anumang oras. Dagdag pa, pagdating sa mga kapalit na bahagi, walang nakatayong imbentaryo ang kinakailangan. Ang digital file ng halagang ito ay maaaring ipadala sa anumang third-party na tagagawa na may teknolohiya ng HP Metal Jet at ginawa ito nang lokal at mabilis.

Bagama't ang isang kumpletong digital na imbentaryo ng pagkumpuni at mga ekstrang bahagi para sa kasalukuyan at legacy na kagamitan ng John Deer ay isang malayong proyekto pa rin sa hinaharap, nakikita na ng kumpanya ang mga potensyal na benepisyo.

"Mayroon kaming malaking organisasyon ng ekstrang bahagi na napaka-interesado sa 3D printing," sabi ni Müller. Mayroon na, ang kumpanya ay nag-iisip tungkol sa kung alin at kung gaano karaming mga ekstrang bahagi ang maaaring ma-convert sa 3D-printable digital file, na mag-aalis ng warehousing. "Karaniwan, mayroon kaming mga ekstrang bahagi na naka-stock nang humigit-kumulang 20 taon, kung minsan ay mas matagal pa, at napakahirap hulaan kung ano ang gagawin sa available na stock at kung paano maglagay muli ng stock kung maubusan ka."

Higit pa sa 3D printing na mga ekstrang bahagi kapag hinihiling, naiisip ni Müller ang isang hinaharap kung saan maaaring suriin ni John Deere ang mga pagod o sirang bahagi at 3D print na mga custom na bahagi na pinalalakas para sa mga indibidwal na kaso ng paggamit.

Napatunayan ang 3D Printing Sa pamamagitan ng Prototyping

Si John Deere, tulad ng maraming kumpanya sa pagmamanupaktura at sasakyan, ay nagsimula ng 3D printing sa kanilang engineering lab na may mga prototype ng polymer na disenyo ng mga bahagi at konsepto ng sasakyan.

Mabilis na natutunan ng kumpanya na ang pagkakaroon ng mga pisikal na modelo upang hawakan, akma, at ihambing sa mga umiiral na bahagi ay napakahalaga sa yugto ng disenyo. "Maaaring suriin ng mga tao mula sa linya ng pagpupulong kung ang iyong bahagi ng konsepto ay magagawa mula sa isang pananaw sa pagmamanupaktura," ang sabi ni Scheff.

Ang mga prototype na ito ay mas mahusay at at makabuluhang mas mabilis kaysa sa machining o pag-ukit ng kahoy, na isa sa mga diskarteng ginamit bago sinimulan ni John Deere ang 3D printing noong 2000.

"Ang aming mga panloob na kakayahan sa pag-print ng 3D ay nagbibigay-daan sa aming mga taga-disenyo na madaling subukan ang kanilang mga ideya at i-verify ang kanilang mga konsepto sa isang napakaagang yugto sa loob ng proseso ng pagbuo," dagdag ni Müller. “Ito ay isang 'fail early' type of mindset. Nais naming dalhin ang lahat ng mga konsepto sa sahig bilang mga pisikal na modelo at magkaroon ng magkakaibang grupo nang magkasama upang makalabas ng tamang konsepto. Kaya ang 3D printing at additive manufacturing, sa pangkalahatan, ay nagbibigay-kapangyarihan sa amin na gawin iyon."

Ang thermal diverting valve ay una lamang sa maraming 3D-printed na mga bahagi ng traktor na darating.

3D Printing Factory Jigs & Tools

Matatagpuan ang mga 3D printer sa halos lahat ng pabrika ng John Deere sa buong mundo na nagpapalabas ng mga fixture at factory tool 24/7. Sinabi ni Scheff na mayroon pa ring tradisyunal na pagmamanupaktura na nagaganap dahil hindi mapapalitan ng 3D printing ang lahat, ngunit pagdating sa mga bahagi na may mga natatanging contour o espesyal na tooling, 3D printing ang paraan ng pagpili.

Ang mga factory fixture ay halos palaging natatangi sa isang factory line at mahal sa makina sa maliit na dami. Upang mapadali ang pag-print ng 3D sa mga bahaging ito, itinatag ni John Deere ang isang pandaigdigang network ng mga 3D printer na may iba't ibang teknolohiya ng printer sa iba't ibang lokasyon at ang malalaking pabrika ay nagsisilbi sa mga pangangailangan ng mas maliliit na pabrika.

Sa bawat pabrika ng John Deere, ang departamento ng engineering ng pagmamanupaktura, na may tungkulin sa paghahanap ng pinakamabisang proseso ng pagmamanupaktura, ay nagmumungkahi ng mga bagong tool at tinutukoy kung ang mga ito ay pinakamahusay na ginawa gamit ang mga additive o tradisyonal na teknolohiya. Pagkatapos, ang pangkat ng digital engineering ng Müller ay bubuo ng mga digital na modelo na ibinabalik sa pabrika sa 3D print o outsource sa isang lokal na serbisyo sa pag-print ng 3D.

Mula sa mga prototype hanggang sa mga huling bahagi, tool, at ekstrang bahagi, ang 3D printing ay isa sa mga pangunahing asset ni John Deere sa kanyang paghahanap na maging mas digital at maliksi na organisasyon, sabi ni Müller. Binibigyang-daan nito ang mga inhinyero na bumuo ng mga konsepto mula sa ideya patungo sa pisikal na bahagi nang mas mabilis sa pamamagitan ng mabilis na pag-prototyping ng mga bahagi, at ngayon, kasama ang pinakabagong proyekto nito, upang magdala ng mas mahusay na mga bahagi ng engine sa merkado nang mas mabilis at mas mura.