Q1 2022, Additive Manufacturing Review: Varaosat

Additiivinen valmistus, jatkuvasti muuttuva ja kehittyvä valmistusteknologia, on täynnä säännöllisesti tapahtuvaa kehitystä. Seurasitpa niitä läheltä tai et, verkossa saatavilla olevan tiedon tulva on erittäin suuri. Tällä neljännesvuosittaisella katsauksella additiivisen valmistuksen uutisiin ja innovaatiotiimimme tuella haluamme tuoda esiin alan tärkeimmät tapahtumat. Se voi olla mitä tahansa AM-trendeistä, teknisistä läpimurroista tai yksinkertaisesti mainitsemisen arvoinen AM-kohokohta. Vuoden 2022 ensimmäisellä neljänneksellä haluamme tuoda esiin varaosien kasvavan trendin AM:ssä, toivottavasti nautit siitä! 

Varaosat additiivisessa valmistuksessa  

Muistatteko Ever Given -aluksen, joka tukki Suezin kanavan vuonna 2021 kuudeksi päiväksi, mikä johti 400 aluksen ruuhkaan (ja maksoi noin 400 miljoonaa dollaria)? Entä Covid-19-pandemian vaikutus toimitusketjuihin, joka näkyy yhä 2 vuotta kriisin alkamisen jälkeen, kuten Shanghain satamassa? Kuten IPCC:n viimeisimmässä raportissa vahvistetaan, ilmastonmuutoksella on ja tulee olemaan valtavia vaikutuksia toimitusketjuihin tulevaisuudessa - ja se pakottaa meidät miettimään uudelleen, miten niitä voidaan yksinkertaistaa ja miten niistä voidaan tehdä joustavampia.

Kaikki nämä tekijät ovat jo vahvistaneet suuntausta, jonka mukaan additiivista valmistusta käytetään toimitusketjujen riskien vähentämiseen. Kuten aina, on olemassa lukuisia tapoja käyttää tätä teknologiakokonaisuutta, ja näimme jo useita hienoja esimerkkejä vuonna 2022!

Saman mallin säilyttäminen

Suuren joustavuutensa ja lyhyen tulostusaikansa ansiosta - yksi ilmeisistä eduista on, että työkaluja ei tarvita - AM valitaan yhä useammin kaksoislähteeksi perinteisen tuotannon riskien lieventämiseksi (esim. valuketjun riskien vähentämiseksi Laser Powder Bed Fusion -tekniikan avulla). Tämä edellyttää yleensä täsmälleen [1] saman mallin säilyttämistä, mikä on mahdollista, kun tavanomaisten materiaalien ominaisuudet voidaan joko täyttää tai jopa ylittää valitulla AM-materiaalilla. Tämä mahdottomuus muuttaa osan suunnittelua johtaa lukuisiin haasteisiin [2], mutta jos se voidaan voittaa, se voi tuoda arvokkaita mahdollisuuksia, kuten Schneider tänä vuonna kuvasi. Tilausvalmistus ja hajautettu tuotanto johtavat merkittäviin vaikutuksiin, erityisesti tuotekehityksen keston lyhentämiseen, mutta myös valmistukseen niin lähellä komponenttien käyttöpaikkaa kuin mahdollista.

Tunnettu AM:n makea piste: prototyyppien ja työkalujen valmistus

Lukuisat yritykset monilta eri markkinoilta ovat nyt ottaneet prototyyppien valmistuksen AM:n avulla vakiovaiheeksi tuotekehitysprosessiinsa ja valmistavat työkalukokoonpanot paikallisesti. Saadakseen parhaan mahdollisen hyödyn tästä läpimenoajan lyhentämisestä ne investoivat AM-soluihin, kuten Bentley teki 3 miljoonan punnan investoinnilla tämän vuoden helmikuussa. FFF- [3] ja SLS- tai MJF-tekniikoiden klassisella yhdistelmällä voidaan valmistaa 24 tunnissa komponentteja, jotka ovat mahdollisimman lähellä niiden käyttöä: tämä mahdollistaa suuret säästöt lyhyessä ajassa, kuten Volskwagen ja Ultimaker osoittivat jo viisi vuotta sitten. On syytä mainita, että myös muut materiaalit, kuten keramiikka, ovat saavuttaneet korkean kypsyysasteen, ja niitä voidaan käyttää myös varaosien valmistukseen - kuten Zetamix ilmoitti tänä vuonna.

Loppukäyttöön tarkoitettujen osien varaosat

Näiden läpimenoaikojen pidentämiseksi ja kustannusten alentamiseksi entisestään yritykset ovat nyt perustamassa painokeskuksia, joissa loppukäyttöön tarkoitettuja komponentteja valmistetaan tilauksesta missä tahansa maailmassa. Hyvä esimerkki on esimerkiksi tuulivoimayhtiö Vestasin ja Markforgedin tämänvuotinen yhteistyö, jossa toteutettiin Composite-tulostimien sisäinen verkosto. Mobile Factoryn ja Daimlerin kaltaiset yritykset, jotka keskittyvät liikkuvuuteen ja sijaintiin, ovat kehittäneet liikkuvia laitoksia kontissa. Lisäksi voidaan mainita ExOne, Spee3D, Intamsys ja Prodways, jotka työskentelevät tällä alalla myös puolustusteollisuudessa (Yhdysvalloissa, Australiassa, Alankomaissa ja Ranskassa). Viimeaikaisen geopoliittisen kehityksen vuoksi voimme odottaa, että tämä suuntaus lisääntyy voimakkaasti - ja AM-kennoista tulee puolustussektorin vakioväline.  

Seisokkiaikojen lyhentäminen AM:n avulla on todettu ratkaisevaksi tekijäksi energiasektorilla, kuten ABB:n turboahdin vahvisti jälleen tänä vuonna. Tämä pätee myös rautatieliikenteeseen: Renfen, DB:n ja Alstomin kaltaiset yritykset SNCF:n kanssa käyttävät AM:ää varaosien valmistukseen joustavuuden lisäämiseksi. Joskus unohdetaan, että meriteollisuus on selkeä edelläkävijä (myös metalliosien osalta DED- tai LPBF-menetelmällä [4]), ja esimerkiksi Thyssenkrupp perustaa yhdessä Wilhelmsenin kanssa AM-varaosakeskuksen Singaporeen vuonna 2020. Ja kuten näimme marraskuu-19-kriisin alussa, lääketieteellisten laitteiden puute nopeutti AM-tulostimien integrointia sairaaloihin. Esimerkiksi vuonna 2020 Pariisissa sijaitsevien AP-HP-sairaaloiden kanssa tehdyn yhteistyön jälkeen Bone 3D on nyt luomassa verkostoa useisiin Euroopan sairaalakeskuksiin. Kaikkien näiden AM-aloitteiden odotetaan kasvavan mittakaavaltaan ja määrältään tulevina kuukausina ja vuosina.

Uusien suunnittelumahdollisuuksien kautta

Komponenttien yhdistäminen

Parhaat AM-tapaukset liittyvät usein kokoonpanojen yhdistämiseen: kun aloitetaan kymmeniä komponentteja vaativasta alkukokoonpanosta ja päädytään yhteen AM-osaan, saadaan lukuisia etuja. Pääpaino on usein itse komponentin parantamisessa - esimerkiksi sen keventämisessä - ja se voi johtaa myös parempaan laatuun (esim. vähemmän vuotoja järjestelmissä, joissa on monimutkaisia putkia, tai vähemmän aaltohäviöitä antenneissa, koska tarvitaan vähemmän liitäntöjä), mutta sillä on erityisesti suuri vaikutus toimitusketjuun. Varastossa olevien kappaleiden ja toimittajien määrän vähentäminen yksinkertaistaa teollistamisprosessia ja vaikuttaa myönteisesti vanhojen osien hallintaan, kuten esimerkiksi tässä EOS:n ja KunhStoffin tapauksessa sekä SNCF:n ja tänä vuonna julkistetun Additive4Rail-aloitteen tapauksessa on esitetty.

Räätälöinti ja yksilölliset tapaukset, kuten korjaukset.

Toinen AM:n lisäarvo on räätälöinti alhaisin kustannuksin: tämä on yksi syy siihen, miksi niin monet lääketieteelliset implantit räätälöidään kullekin potilaalle ja valmistetaan myöhemmin additiivisessa valmistuksessa. Tämä suuntaus vahvistuu myös autoteollisuudessa, kun Ford jakoi tänä vuonna CAD-tiedostoja avoimena lähdekoodina, jotta kuka tahansa voi tulostaa osia - räätälöitynä tai ilman räätälöintiä - Maverick pick-upiinsa. AM:n käyttö korjaussovelluksissa on toinen lupaava alue, jolla voimme odottaa tulevaisuudessa lisää räätälöityjä korjausratkaisuja - mikä on mielenkiintoista myös tulevien kestävyysstrategioiden kannalta.

Vihreä vaikutus toimitusketjussa?

Additiivisella valmistuksella on monissa tapauksissa [5] mahdollisuus pienentää komponenttien hiilijalanjälkeä niiden valmistuksen aikana, kuten vahvistimme tässä Tanskan AM Hubin kanssa toteutetussa hankkeessa (katso lisätietoja vuosikertomuksestamme).

AM:n käyttö voisi kuitenkin myös muuttaa merenkulkujärjestelmiämme monin tavoin, joista mainittakoon kaksi:

• Samaa kappalemäärää varten suuntaus kohti kevyempiä komponentteja edellyttää vähemmän tehokkaita järjestelmiä, jotka käsittelevät paketteja ja käyttävät vähemmän energiaa siirtyäkseen pisteestä A pisteeseen B.
• Kokoonpanon yhdistämismahdollisuuksien ansiosta on myös erittäin todennäköistä, että kunkin lopputuotteen valmistamiseksi kootun tuotteen kulkemien kilometrien kokonaismäärä vähenee, ennen kuin se saapuu käyttöpaikalleen, mikä taas säästää kustannuksia ja vähentää syntyvää saastumista.

Näillä kahdella tekijällä on lumipallovaikutus, jos kyseinen AM-komponentti on mukana tuotteen luomisen alkuvaiheessa: AM-toimittajan valmistama kevyempi komponentti (esim. kannattimet) vaikuttaa myönteisesti myös asiakkaan valmistamaan osakokoonpanoon (täydellinen anturien osajärjestelmä) jokaisessa vaiheessa ennen kuin se saavuttaa loppukäyttäjän (suuri autonominen ajoneuvo).

Varaosien valmistamisesta additiivisella valmistuksella on hiljalleen tulossa uusi normi useille teollisuudenaloille, ja tämän vuoden ensimmäinen neljännes on jo vahvistanut tämän suuntauksen - katsotaanpa, mitä muita läpimurtoja julkistetaan tulevina kuukausina!

AMEXCI Innovation -tiimi on ollut vuosien varrella mukana erilaisissa projekteissa, jotka liittyvät varaosien AM-mahdollisuuksiin: älä epäröi ottaa heihin yhteyttä kaikissa tiedusteluissa tai kysymyksissä!

Lähteet:

[1] Tai riittävän samanlainen, jotta se voidaan hyväksyä ilman pätevöinti- ja/tai uudelleensertifiointiohjelman käynnistämistä.

[2] "Alkuperäisessä" suunnittelussa otettiin huomioon tietyn materiaali- ja prosessiyhdistelmän edut ja rajoitukset. Valmistusprosessin muuttaminen (AM:ksi tai joksikin muuksi) tarkoittaa sopeutumista uuden valmistusprosessin rajoituksiin samalla kun varmistetaan alkuperäisten suunnitteluvaatimusten noudattaminen - joskus varsin haastavaa!

[3] Fused Filament Forming, Selective Laser Sintering ja Multi Jet Fusion.

[4] Suora energiapinnoitus, laserjauhepetisulautuminen

[5] Se ei kuitenkaan ole automaattisesti kestävämpi, vaan aina tarvitaan yksityiskohtainen tapausanalyysi.

Tutustu innovaatioihin AMEXCI:ssä

Benjamin Delignonista

Benjamin Delignon työskentelee AMEXCI:n innovaatiopäällikkönä, ja hänellä on 7 vuoden kokemus additiivisesta valmistuksesta, jossa käytetään erilaisia materiaaleja ja teknologioita useilla teollisuudenaloilla. Hän keskittyy tiedonsiirtoon koulutusten ja työpajojen avulla ja tukee asiakkaita AM-matkailun alkuvaiheessa tapausanalyysien ja kehitysprojektien avulla.