John Deere は、より効率的なエンジン部品の 3D プリントに目を向けています

ドイツのマンハイムにある製造ラインから出荷される新しい John Deere トラクターには、同社初の金属 3D プリント エンジン部品があります。

農業および芝用機器の世界的メーカーである同社は、3D プリントをよく知っており、20 年以上にわたって 3D プリントを使用して、世界中の工場で何千ものプロトタイプ、ツール、ジグ、備品を作成してきました。 しかし、トラクターの燃料システムに XNUMXD プリントされたステンレス鋼のバルブは新しい方向性であり、同社がスマート インダストリアル戦略と呼んでいるものの一部です。

2020 年に発足した John Deere は、生産システム、テクノロジー スタック、ライフサイクル ソリューションという XNUMX つの重点分野で新しいテクノロジーを迅速に統合するというビジョンを発表しました。

3D プリンティングはこのビジョンの一部であり、このバルブはその最初の成果の 50 つです。 従来の製造方法よりも効率的です。 使用する材料が少なくて済み、約 3% 安く、大幅に小型化されています。 しかし、これは John Deere がこの部品を XNUMXD プリントすることを選んだ理由のほんの一部にすぎません。

多くの 3D プリント部品の最初の部品

最新バージョンの John Deere 6R および 6M トラクターの新しいサーマル ダイバーター バルブは、ますます利用しやすくなっている金属 3D プリント技術の革新的なアプリケーションではなく、約 XNUMX 年間の研究開発の集大成です。

それは、John Deere のトラクターが寒い環境で機能することを保証するという課題から始まりました。 エンジニアは、エンジン性能に影響を与えずに燃料温度を維持できるバルブの開発を任されました。

John Deere の小型および中型トラクターのエンジニアリング ディレクターである Udo Scheff 氏は次のように述べています。プロトタイプモデルのデジタルデザインに。」

理想化されたプロトタイプ モデルは、最大の効率で燃料を流すもので、丸みを帯びた滑らかな内部チャネルを備えていました。 Scheff 氏によると、3D プリントでしか作成できない機能があります。

「流体力学では、交差する 3 つのドリル穴がある場合、機械加工ツールを使用すると、常に鋭角になります。 XNUMXD プリントを使用すると、角を丸くすることができます。これは、バルブの最適化をさらに一歩進める要素です。」

パーツが期待どおりに機能するかどうかをテストするために、John Deere のエンジニアはドイツのアディティブ マニュファクチャリング スタッフと協力しました。 GKN添加剤（予測3D）、金属部品および材料のデジタルメーカーであり、金属3D印刷用の燃料バルブの設計をさらに最適化します。 GKN は、HP の新しい金属 3D プリンターでスチール製のプロトタイプ バルブを印刷しましたHPQ
メタルジェット S100 ソリューション. このプリンターは、金属 3D 印刷技術の XNUMX つを使用します – いくつかあります – と呼ばれます バインダージェッティングここでは、金属粉末が層ごとに結合剤層と一緒に結合されて部品を形成し、その後工業用オーブンで焼結されます。 その後、部品を機械加工して組み立てます。

サーマル ダイバータ バルブは、機械加工またはインベストメント キャスト メタルと同等の必要なパイプ品質を確保するために、厳格なテストを受けました。 部品のフィールドテストも成功しました。

「したがって、材料特性やその他の要件を満たすために、この部品をどのように製造するかを決定しなければならなかったのはこの時点です」とシェフは言います。部品がアセンブリ ワークフローにどのように適合するか。

「そして、この 3D プリント パーツがテストで機能し、積層造形がコスト効率に優れている場合、製造でも機能すると判断しました」と Scheff 氏は言います。

最終的な生産部品に使用されるのと同じ材料と方法でプロトタイプを作成することで、エンジニアは性能をより確実に保証できます。 「HP のメタル ジェット プロセスを選択したのは、他の金属 3D プリント プロセスよりもはるかに高速だからです」と、John Deere のグローバル デジタル エンジニアリング マネージャーである Jochen Müller 氏は付け加えます。 「私たちは、より効率的で信頼性が高く、持続可能な機器を提供する機会を見出しており、HP はそのための完璧なソリューションを提供してくれました。」

生産量での金属 3D プリント

現在、4,000 個以上のバルブが GKN から John Deere のトラクター工場に出荷され、鍛造やフライス加工よりも安い部品あたりの価格で最終組み立てが行われています。 この 3D プリント パーツを搭載したトラクターは、文字通りすでに現場に出回っています。

Müller 氏は、従来の方法を使用する代わりに、この特定の部品を 3D プリントするもう 3 つの利点として、製造プロセスの機敏性が向上すると述べています。 XNUMXD プリンティングは金型やツールを必要としないため、部品のプロトタイプをより速く安価に作成でき、設計プロセスが加速されました。 デザインはいつでも微調整して改善できます。 さらに、交換部品に関しては、常備在庫は必要ありません。 この値のデジタル ファイルは、HP メタル ジェット テクノロジを使用してサードパーティの製造元に送信でき、比較的ローカルで迅速に作成できます。

現在およびレガシーの John Deer 機器の修理およびスペアパーツの完全なデジタル インベントリは、まだ遠い将来のプロジェクトですが、同社はすでに潜在的な利点を認識しています。

「私たちには、3D プリントに非常に興味を持っている巨大なスペアパーツ組織があります」と Müller 氏は言います。 同社はすでに、どのスペアパーツをいくつ、3D プリント可能なデジタルファイルに変換できるかを検討しています。これにより、倉庫保管が不要になります。 「通常、スペアパーツの在庫は約 20 年、場合によってはそれ以上ありますが、在庫がなくなった場合に在庫をどうするか、どのように補充するかを予測することは非常に困難です。」

ミュラー氏は、必要に応じて交換部品を 3D プリントするだけでなく、John Deere が摩耗した部品や壊れた部品を分析し、個々のユースケースに合わせて強化されたカスタム部品を 3D プリントできる未来を思い描いています。

プロトタイピングで実証された 3D プリント

John Deere は、多くの製造会社や自動車会社と同様に、自社のエンジニアリング ラボで、部品や車両コンセプトのポリマー デザイン プロトタイプを使用して 3D プリントを開始しました。

同社はすぐに、物理モデルを処理し、適合させ、既存の部品と比較することが設計段階で非常に重要であることを知りました。 「組み立てラインの人々は、コンセプト パーツが製造の観点から実現可能かどうかを確認できます」と Scheff 氏は述べています。

これらのプロトタイプは、John Deere が 3 年に 2000D プリントを開始する前に使用されていた技術の XNUMX つである木材の機械加工や彫刻よりも効率的であり、大幅に高速です。

「社内の 3D プリント機能により、デザイナーはアイデアを簡単にテストし、開発プロセスの非常に早い段階でコンセプトを検証することができます」と Müller 氏は付け加えます。 「それは『早期に失敗する』タイプの考え方です。 すべてのコンセプトを物理モデルとしてフロアに持ち込み、適切なコンセプトを生み出すために多様なグループをまとめたいと考えています。 したがって、3D プリンティングとアディティブ マニュファクチャリングは、一般的に、それを可能にする力を与えてくれます。」

サーマル ダイバーティング バルブは、これから登場する多くの 3D プリント トラクター パーツの最初の XNUMX つにすぎません。

3D プリント工場の治具とツール

3D プリンターは、世界中のほぼすべての John Deere の工場で、24 時間 7 日体制で備品や工場のツールを製造しています。 Scheff 氏によると、3D プリントはすべてを置き換えることはできないため、依然として伝統的な製造が行われていますが、独自の輪郭や特殊な工具を備えた部品に関しては、3D プリントが最適な方法です。

工場の備品はほとんどの場合、工場ラインに固有のものであり、少量の機械加工には費用がかかります。 これらの部品の 3D プリントを容易にするために、John Deere は、さまざまな場所にさまざまなプリンター技術を備えた 3D プリンターのグローバル ネットワークを確立し、大規模な工場は小規模な工場のニーズに対応しています。

John Deere のすべての工場では、最も効率的な製造プロセスを見つけることを任務とする製造技術部門が、新しいツールを提案し、それらをアディティブ技術で作るのが最適か、従来の技術で作るのが最適かを判断します。 その後、ミュラーのデジタル エンジニアリング グループがデジタル モデルを開発し、それを工場に送り返して 3D プリントするか、地元の 3D プリント サービスに外注します。

プロトタイプから最終的なコンポーネント、ツール、スペアパーツに至るまで、3D プリントは、John Deere がよりデジタルで機敏な組織になることを目指している主要な資産の XNUMX つです、と Müller 氏は言います。 これにより、エンジニアは部品のラピッド プロトタイピングを通じてアイデアから物理部品までの概念をより迅速に開発できるようになり、最新のプロジェクトにより、より効率的なエンジン部品をより迅速かつ安価に市場に投入できるようになります。