John Deere wendet sich dem 3D-Druck effizienterer Motorteile zu

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Der neue Traktor der Serie 6R von John Deere verfügt über ein 3D-gedrucktes Kraftstoffventil. John DeereDie neuen John Deere-Traktoren, die in Mannheim, Deutschland, vom Band rollen, haben eine Premiere für das Unternehmen: einen 3D-Metallrahmen -gedrucktes Motorteil. Der globale Hersteller von Land- und Rasenmaschinen ist dem 3D-Druck nicht fremd, er verwendet ihn seit mehr als 50 Jahre, um Tausende von Prototypen, Werkzeugen, Vorrichtungen und Vorrichtungen in seinen globalen Fabriken herzustellen. Aber das 3D-gedruckte Edelstahlventil im Kraftstoffsystem des Traktors ist eine neue Richtung und Teil dessen, was das Unternehmen seine Smart-Industrial-Strategie nennt. Eingeführt in kündigte John Deere seine Vision an, neue Technologien schnell in drei Schwerpunktbereiche zu integrieren: Produktionssysteme, deren Technologiestapel und Lebenszykluslösungen .

3D-Druck ist Teil dieser Vision, und dieses Ventil ist eine ihrer ersten Früchte. Es ist effizienter, als wenn es traditionell hergestellt würde. Es ist ungefähr 24% billiger und deutlich kleiner, wobei weniger Material verwendet wird. Aber das kratzt nur an der Oberfläche, warum sich John Deere für den 3D-Druck dieses Teils entschieden hat.

John Deere hat Tausende von thermischen Umschaltventilen für seine neuen Serien 6R und 6M in 3D gedruckt … Traktoren.

John Deere Das erste von vielen 3D-gedruckten Teilen

Der neue thermische Ableiter Ventil in den neuesten Versionen der John Deere 6R- und 6M-Traktoren ist nicht nur eine innovative Anwendung der zunehmend zugänglichen Metall-3D-Drucktechnologie, es ist der Höhepunkt von etwa zwei Jahren Forschung und Entwicklung.

Es fing an mit eine Herausforderung, um sicherzustellen, dass John Deere-Traktoren in kalten Umgebungen funktionieren. Ingenieure wurden beauftragt, ein Ventil zu entwickeln, das die Kraftstofftemperatur aufrechterhalten konnte, ohne die Motorleistung zu beeinträchtigen.

„Zunächst beginnt man damit, was das Teil tun soll“, sagt er Udo Scheff, Engineering Director für die kleinen und mittelgroßen Traktoren von John Deere, „und optimieren Sie die rechnerische Strömungsdynamik und simulieren Sie sie in der virtuellen Welt, dann übertragen Sie das in digitale Entwürfe für ein Prototypmodell.“

Das idealisierte Prototypmodell, das den Kraftstoff am effizientesten fließen ließ, hatte abgerundete, glatte Innenkanäle. Ein Merkmal, sagt Scheff, ist nur mit 3D-Druck möglich.

„In der Fluiddynamik hat man immer zwei Bohrlöcher, die sich schneiden scharfe Ecken, wenn Sie Bearbeitungswerkzeuge verwenden. Mit dem 3D-Druck können Sie runde Ecken haben, was das Element ist, das uns bei der Optimierung des Ventils einen weiteren Schritt nach vorne gebracht hat.“

Um zu testen, ob das Teil es tun würde wie erwartet funktionierten, arbeiteten die Ingenieure von John Deere mit Mitarbeitern der additiven Fertigung des deutschen Unternehmens GKN Additive (Forecast 3D), einem digitalen Hersteller von Metallteilen und -materialien, zusammen, um das Design des Kraftstoffventils für den Metall-3D-Druck weiter zu optimieren. GKN druckte Prototypen von Ventilen aus Stahl auf dem neuen Metall-3D-Drucker von HPHPQ , die Metal Jet S24-Lösung. Dieser Drucker verwendet eine der Metall-3D-Drucktechnologien – es gibt mehrere – namens Binder Jetting, bei der ein Metallpulver Schicht für Schicht mit einem Bindemittel verbunden wird, um ein Teil zu bilden, das dann in einem Industrieofen gesintert wird. Anschließend wird das Teil bearbeitet und montiert.

Konstrukteure bei John Deere in Mannheim , Deutschland, Fabrik.

John Deere

Das thermische Umschaltventil wurde strengen Tests unterzogen, um die erforderliche Rohrqualität sicherzustellen, was bearbeitetem oder feingegossenem Metall gleicht. Feldversuche mit dem Teil waren ebenfalls ein Erfolg.

„Das ist also der Punkt, an dem wir entscheiden mussten, wie wir dieses Teil herstellen wollten, um dem Material gerecht zu werden Eigentum und andere Anforderungen“, sagt Scheff, der auch seine knappe Frist für dieses Teil berücksichtigen musste, wie viel Werkzeug kosten würde und wie das Teil in den Montageablauf passen würde.

„Und da haben wir uns entschieden, okay, wenn dieses 3D-gedruckte Teil in Tests funktioniert und die additive Fertigung kosteneffizient ist, dann funktioniert es auch in der Produktion“, sagt Scheff.

Die Herstellung von Prototypen aus demselben Material und derselben Methode, die für das endgültige Produktionsteil verwendet werden, gibt den Ingenieuren eine größere Leistungssicherheit. „Wir haben uns für das Metal-Jet-Verfahren von HP entschieden, weil es viel schneller ist als andere Metall-3D-Druckverfahren“, ergänzt Jochen Müller, Global Digital Engineering Manager bei John Deere. „Wir entdecken Möglichkeiten, effizientere, zuverlässigere und nachhaltigere Geräte zu liefern, und HP hat uns dafür die perfekte Lösung geliefert.“

Das neue 3D-gedruckte Thermo-Umschaltventil von John Deere für Traktoren sorgt für konstante Kraftstofftemperaturen.

John DeereMetall 3D Drucken in Produktionsvolumen

Derzeit mehr als 4,000 Ventile werden von GKN zum John Deere-Traktorwerk zur Endmontage zu einem Preis pro Teil geliefert geringer ist als beim Schmieden oder Fräsen. Traktoren mit diesem 3D-gedruckten Teil sind buchstäblich bereits im Einsatz.

Laut Müller kommt ein weiterer Vorteil des 3D-Drucks dieses speziellen Teils anstelle der Verwendung herkömmlicher Methoden hinzu Agilität im Fertigungsprozess. Da für den 3D-Druck keine Formen oder Werkzeuge erforderlich sind, waren Teileprototypen schneller und kostengünstiger zu erstellen, was den Designprozess beschleunigte. Das Design kann jederzeit angepasst und verbessert werden. Außerdem ist bei Ersatzteilen keine ständige Lagerhaltung erforderlich. Die digitale Datei dieses Werts kann an jeden Dritthersteller mit HP Metal Jet-Technologie gesendet und relativ lokal und schnell produziert werden.

Obwohl eine vollständige digitale Bestandsaufnahme von Reparaturen und Ersatzteile für aktuelle und ältere John Deer-Geräte sind noch ein fernes Zukunftsprojekt, das Unternehmen sieht bereits die potenziellen Vorteile.

„Wir haben ein riesiges Ersatzteil Organisation, die sehr, sehr am 3D-Druck interessiert ist“, sagt Müller. Das Unternehmen denkt bereits darüber nach, welche und wie viele Ersatzteile in 3D-druckbare digitale Dateien umgewandelt werden können, wodurch die Lagerhaltung entfallen würde. „Normalerweise haben wir Ersatzteile für ungefähr Jahre auf Lager, manchmal sogar länger, und es ist Es ist sehr schwer vorherzusagen, was mit dem verfügbaren Lagerbestand zu tun ist und wie der Lagerbestand wieder aufgefüllt werden kann, wenn er zur Neige geht.“

Jenseits des 3D-Drucks von Ersatzteilen auf Abruf sieht Müller a Zukunft, in der John Deere verschlissene oder defekte Teile analysieren und benutzerdefinierte Teile in 3D drucken kann, die für individuelle Anwendungsfälle verstärkt werden.

John Deere Traktoren-Montagewerk in Mannheim, Deutschland.

John Deere3D-Druck durch Prototyping bewiesen John Deere begann, wie viele Fertigungs- und Automobilunternehmen, mit dem 3D-Druck in seinem Konstruktionslabor mit Polymerdesign-Prototypen von Teilen und Fahrzeugkonzepten. Das Unternehmen lernte schnell, dass physische Modelle zum Handhaben, Anpassen und Vergleichen mit vorhandenen Teilen unerlässlich sind in der Entwurfsphase einsetzbar. „Leute vom Fließband können prüfen, ob Ihr Konzeptteil fertigungstechnisch machbar ist“, bemerkt Scheff.

Diese Prototypen sind effizienter und deutlich schneller als Bearbeitung oder Schnitzen von Holz, was eine der Techniken war, die verwendet wurden, bevor John Deere in 2000 mit dem 3D-Druck begann.

„Unsere internen 3D-Druckfunktionen ermöglichen es unseren Designern, ihre Ideen einfach zu testen und ihre Konzepte in einem sehr frühen Stadium des Entwicklungsprozesses zu verifizieren“, fügt Müller hinzu. „Es ist eine ‚Fail-early‘-Mentalität. Wir wollen alle Konzepte als physische Modelle auf den Boden bringen und verschiedene Gruppen zusammenbringen, um das richtige Konzept herauszubringen. Der 3D-Druck und die additive Fertigung im Allgemeinen befähigen uns dazu.“

Das thermische Umschaltventil ist nur das erste von vielen 3D-gedruckten Traktorteilen come.3D-gedruckte Teile bei John Deere beginnen als digitale Modelle.

John Deere3d Drucken Werkslehren und Werkzeuge

3D-Drucker sind in fast jedem John Deere zu finden Fabrik weltweit, die Vorrichtungen und Fabrikwerkzeuge herstellt 24/7. Scheff sagt, dass es immer noch traditionelle Fertigung gibt, weil der 3D-Druck nicht alles ersetzen kann, aber wenn es um Teile mit einzigartigen Konturen oder speziellen Werkzeugen geht, ist der 3D-Druck die Methode der Wahl. Fabrikbefestigungen sind fast immer einzigartig in einer Fabriklinie und teuer in der maschinellen Bearbeitung in kleinen Mengen. Um den 3D-Druck dieser Teile zu erleichtern, hat John Deere ein globales Netzwerk von 3D-Druckern mit unterschiedlichen Drucktechnologien an verschiedenen Standorten aufgebaut, und größere Fabriken bedienen die Bedürfnisse kleinerer Fabriken. In jedem Werk von John Deere schlägt die Fertigungstechnikabteilung, die die Aufgabe hat, die effizientesten Fertigungsprozesse zu finden, neue Werkzeuge vor und bestimmt, ob sie am besten mit additiven oder traditionellen Technologien hergestellt werden. Anschließend entwickelt Müllers Digital-Engineering-Gruppe die digitalen Modelle, die zum 3D-Druck an die Fabrik zurückgeschickt oder an einen lokalen 3D-Druckdienst ausgelagert werden.

Von Prototypen bis hin zu Endkomponenten, Werkzeugen und Ersatzteilen ist der 3D-Druck einer der größten Vorteile von John Deere bei seinem Streben nach einer digitaleren und agileren Organisation, sagt Müller. Es ermöglicht Ingenieuren, Konzepte von der Idee zum physischen Teil durch Rapid Prototyping-Teile schneller zu entwickeln, und jetzt, mit seinem neuesten Projekt, effizientere Motorteile schneller und billiger auf den Markt zu bringen.

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