يتحول John Deere إلى الطباعة ثلاثية الأبعاد لأجزاء المحرك الأكثر كفاءة

تعد جرارات John Deere الجديدة التي خرجت من خط التصنيع في مانهايم بألمانيا سابقة للشركة: جزء محرك معدني مطبوع ثلاثي الأبعاد.

ليست الشركة المصنعة العالمية للمعدات الزراعية والعشبية غريبة عن الطباعة ثلاثية الأبعاد ، فقد استخدمتها لأكثر من 3 عامًا لصنع الآلاف من النماذج الأولية والأدوات والرقص والتركيبات عبر مصانعها العالمية. لكن الصمام الفولاذي المقاوم للصدأ المطبوع ثلاثي الأبعاد في نظام وقود الجرار هو اتجاه جديد وجزء مما تسميه الشركة إستراتيجيتها الصناعية الذكية.

تم إطلاق John Deere في عام 2020 ، وأعلن عن رؤيته لدمج التقنيات الجديدة بسرعة في ثلاثة مجالات تركيز: أنظمة الإنتاج ، ومكدس التكنولوجيا ، وحلول دورة الحياة.

تعد الطباعة ثلاثية الأبعاد جزءًا من هذه الرؤية ، وهذا الصمام هو إحدى أولى ثمارها. إنها أكثر كفاءة مما لو كانت مصنوعة تقليديًا. إنها أرخص بحوالي 3٪ وأصغر بكثير باستخدام مواد أقل. لكن هذا مجرد خدش لسطح سبب اختيار John Deere لطباعة هذا الجزء ثلاثية الأبعاد.

الأول من العديد من الأجزاء المطبوعة ثلاثية الأبعاد

لا يعد صمام التحويل الحراري الجديد الموجود على أحدث إصدارات جرارات John Deere 6R و 6M مجرد تطبيق مبتكر لتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد المعدنية التي يمكن الوصول إليها بشكل متزايد ، بل إنه تتويج لحوالي عامين من البحث والتطوير.

بدأ الأمر بالتحدي لضمان أداء جرارات John Deere في البيئات الباردة. تم تكليف المهندسين بتطوير صمام يمكنه الحفاظ على درجات حرارة الوقود دون التأثير على أداء المحرك.

يقول أودو شيف ، المدير الهندسي لجرارات John Deere الصغيرة ومتوسطة الحجم ، "أولاً ، تبدأ بما تريد أن يفعله الجزء ، وتعمل من خلال تحسين ديناميكيات الموائع الحسابية ومحاكاتها في العالم الافتراضي ، ثم تنقل ذلك في التصميمات الرقمية لنموذج أولي ".

كان النموذج الأولي المثالي ، الذي يسمح للوقود بالتدفق بأكبر قدر من الكفاءة ، يحتوي على قنوات داخلية مستديرة وسلسة. يقول شيف إن الميزة لا يمكن إنشاؤها إلا باستخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد.

"في ديناميكيات الموائع ، عندما يكون لديك فتحتا حفر متقاطعتان ، يكون لديك دائمًا زوايا حادة إذا كنت تستخدم أدوات تصنيع. باستخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد ، يمكنك الحصول على زوايا مستديرة ، وهو العنصر الذي أوصلنا إلى خطوة أخرى في تحسين الصمام. "

لاختبار ما إذا كان الجزء سيعمل كما هو متوقع ، عمل المهندسون في John Deere مع فريق تصنيع المواد المضافة في ألمانيا مضافة GKN (تنبؤات ثلاثية الأبعاد)، شركة تصنيع رقمية للأجزاء والمواد المعدنية ، لزيادة تحسين تصميم صمام الوقود للطباعة ثلاثية الأبعاد للمعادن. طبعت GKN النموذج الأولي للصمامات من الفولاذ على الطابعة المعدنية ثلاثية الأبعاد الجديدة من HPHPQ
أطلقت حملة حل ميتال جيت S100. تستخدم هذه الطابعة إحدى تقنيات الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد - هناك العديد منها - تسمى النفث الموثق، حيث يتم ربط مسحوق معدني مع طبقة عامل ربط على طبقة لتشكيل جزء يتم تلبيده بعد ذلك في فرن صناعي. بعد الكلمات ، يتم تشكيل الجزء وتجميعه.

خضع صمام المحول الحراري لاختبارات صارمة من أجل ضمان جودة الأنبوب المطلوبة ، والتي تساوي المعدن المصبوب أو المعدني المصبوب. كان الاختبار الميداني للجزء ناجحًا أيضًا.

"هذه هي النقطة التي كان علينا أن نقرر فيها كيفية تصنيع هذا الجزء للوفاء بخصائص المواد والمتطلبات الأخرى" ، كما يقول شيف ، الذي كان عليه أيضًا التفكير في الموعد النهائي الضيق لهذا الجزء ، وكم ستكلف الأدوات ، وكيف سيكون الجزء مناسبًا لسير عمل التجميع.

"وهذا عندما قررنا ، حسنًا ، إذا كان هذا الجزء المطبوع ثلاثي الأبعاد يعمل في الاختبارات وكان التصنيع الإضافي فعال التكلفة ، فسيعمل في الإنتاج أيضًا" ، كما يقول شيف.

إن إنشاء نماذج أولية في نفس المادة والطريقة التي سيتم استخدامها لجزء الإنتاج النهائي يمنح المهندسين ضمانات أكبر للأداء. يضيف يوشين مولر ، مدير الهندسة الرقمية العالمية في John Deere: "اخترنا عملية النفث المعدني من HP لأنها أسرع بكثير من عمليات الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد الأخرى". "نحن نكتشف فرصًا لتقديم معدات أكثر كفاءة وموثوقية واستدامة ، وقد وفرت لنا HP الحل الأمثل لذلك."

طباعة المعادن ثلاثية الأبعاد بأحجام الإنتاج

حاليًا ، يتم شحن أكثر من 4,000 صمام من GKN إلى مصنع John Deere للجرارات للتجميع النهائي بسعر جزء أقل من الحدادة أو الطحن. الجرارات التي تحتوي على هذا الجزء المطبوع ثلاثي الأبعاد موجودة بالفعل في الميدان ، حرفيًا.

يقول مولر إن ميزة أخرى للطباعة ثلاثية الأبعاد لهذا الجزء المحدد بدلاً من استخدام الأساليب التقليدية ، تتمثل في المرونة المضافة في عملية التصنيع. نظرًا لأن الطباعة ثلاثية الأبعاد لا تتطلب قوالب أو أدوات ، كانت النماذج الأولية للجزء أسرع وأرخص في الإنشاء ، مما أدى إلى تسريع عملية التصميم. يمكن تعديل التصميم وتحسينه في أي وقت. بالإضافة إلى ذلك ، عندما يتعلق الأمر بقطع الغيار ، لا يلزم وجود مخزون دائم. يمكن إرسال الملف الرقمي بهذه القيمة إلى أي جهة تصنيع خارجية باستخدام تقنية HP Metal Jet وإنتاجها محليًا نسبيًا وبسرعة.

على الرغم من أن المخزون الرقمي الكامل للإصلاح وقطع الغيار لمعدات John Deer الحالية والقديمة لا يزال مشروعًا بعيد المنال في المستقبل ، فإن الشركة ترى بالفعل الفوائد المحتملة.

يقول مولر: "لدينا مؤسسة ضخمة لقطع الغيار مهتمة جدًا بالطباعة ثلاثية الأبعاد". بالفعل ، تفكر الشركة في تحديد عدد قطع الغيار التي يمكن تحويلها إلى ملفات رقمية قابلة للطباعة ثلاثية الأبعاد وعددها ، مما يلغي الحاجة إلى التخزين. "عادة ، لدينا قطع غيار في المخزن لمدة 3 عامًا تقريبًا ، وأحيانًا أطول من ذلك ، ومن الصعب جدًا التنبؤ بما يجب فعله بالمخزون المتاح وكيفية تجديد المخزون إذا نفد."

بالإضافة إلى قطع غيار الطباعة ثلاثية الأبعاد عند الطلب ، يتصور مولر مستقبلًا حيث يستطيع John Deere تحليل الأجزاء البالية أو المكسورة والأجزاء المخصصة للطباعة ثلاثية الأبعاد التي يتم تعزيزها لحالات الاستخدام الفردي.

أثبتت الطباعة ثلاثية الأبعاد من خلال النماذج الأولية

بدأ John Deere ، مثل العديد من شركات التصنيع والسيارات ، الطباعة ثلاثية الأبعاد في معمل الهندسة الخاص بهم باستخدام نماذج أولية لتصميم البوليمر للأجزاء ومفاهيم المركبات.

سرعان ما تعلمت الشركة أن وجود نماذج مادية للتعامل مع الأجزاء الموجودة وتناسبها ومقارنتها لا تقدر بثمن في مرحلة التصميم. "يمكن للأشخاص من خط التجميع التحقق مما إذا كان جزء المفهوم الخاص بك ممكنًا من منظور التصنيع" ، يلاحظ شيف.

تعد هذه النماذج الأولية أكثر كفاءة وأسرع بكثير من المعالجة بالقطع أو النحت من الخشب ، والتي كانت إحدى التقنيات المستخدمة قبل أن يبدأ John Deere الطباعة ثلاثية الأبعاد في عام 3.

يضيف مولر: "تتيح إمكانات الطباعة ثلاثية الأبعاد الداخلية لدينا لمصممينا اختبار أفكارهم بسهولة والتحقق من مفاهيمهم في مرحلة مبكرة جدًا من عملية التطوير". "إنه نوع من التفكير" يفشل مبكرًا ". نريد طرح جميع المفاهيم على الأرض كنماذج مادية ولدينا مجموعات متنوعة معًا من أجل الخروج بالمفهوم الصحيح. لذا فإن الطباعة ثلاثية الأبعاد والتصنيع الإضافي ، بشكل عام ، تمكننا من القيام بذلك ".

يعتبر صمام التحويل الحراري هو الأول من بين العديد من أجزاء الجرار المطبوعة ثلاثية الأبعاد القادمة.

معدات وأدوات مصنع الطباعة ثلاثية الأبعاد

تم العثور على الطابعات ثلاثية الأبعاد في كل مصنع من مصانع John Deere تقريبًا في جميع أنحاء العالم ، حيث تقوم بتجهيز التجهيزات وأدوات المصنع على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع. يقول شيف إنه لا يزال هناك تصنيع تقليدي لأن الطباعة ثلاثية الأبعاد لا يمكن أن تحل محل كل شيء ، ولكن عندما يتعلق الأمر بأجزاء ذات ملامح فريدة أو أدوات خاصة ، فإن الطباعة ثلاثية الأبعاد هي الطريقة المفضلة.

دائمًا ما تكون تركيبات المصنع فريدة من نوعها بالنسبة لخط المصنع ومكلفة للآلة بكميات صغيرة. لتسهيل الطباعة ثلاثية الأبعاد لهذه الأجزاء ، أنشأ John Deere شبكة عالمية من الطابعات ثلاثية الأبعاد بتقنيات طابعة مختلفة في مواقع مختلفة ومصانع أكبر تخدم احتياجات المصانع الصغيرة.

في كل مصنع من مصانع John Deere ، يقترح قسم هندسة التصنيع ، المكلف بإيجاد أكثر عمليات التصنيع كفاءة ، أدوات جديدة ويحدد ما إذا كان من الأفضل صنعها باستخدام التقنيات المضافة أو التقليدية. بعد ذلك ، تقوم مجموعة الهندسة الرقمية Müller بتطوير النماذج الرقمية التي يتم إرسالها مرة أخرى إلى المصنع للطباعة ثلاثية الأبعاد أو الاستعانة بمصادر خارجية لخدمة الطباعة ثلاثية الأبعاد المحلية.

من النماذج الأولية إلى المكونات النهائية والأدوات وقطع الغيار ، تعد الطباعة ثلاثية الأبعاد أحد الأصول الرئيسية لجون ديري في سعيها لأن تكون منظمة أكثر رقمية ومرنة ، كما يقول مولر. إنه يمكّن المهندسين من تطوير المفاهيم من الفكرة إلى الجزء المادي بشكل أسرع من خلال أجزاء النماذج الأولية السريعة ، والآن ، مع أحدث مشروع لها ، لتقديم أجزاء محرك أكثر كفاءة إلى السوق بشكل أسرع وأرخص.