John Deere yn Troi I Argraffu 3D Rhannau Injan Mwy Effeithlon

Mae gan y tractorau John Deere newydd sy'n rholio oddi ar y llinell weithgynhyrchu yn Mannheim, yr Almaen, y tro cyntaf i'r cwmni: rhan injan metel wedi'i argraffu 3D.

Nid yw gwneuthurwr byd-eang offer amaethyddol a thywarchen yn ddieithr i argraffu 3D, ar ôl ei ddefnyddio am fwy nag 20 mlynedd i wneud miloedd o brototeipiau, offer, jigiau a gosodiadau ar draws ei ffatrïoedd byd-eang. Ond mae'r falf dur di-staen wedi'i argraffu 3D yn system tanwydd y tractor yn gyfeiriad newydd ac yn rhan o'r hyn y mae'r cwmni'n ei alw'n Strategaeth Ddiwydiannol Glyfar.

Wedi'i lansio yn 2020, cyhoeddodd John Deere ei weledigaeth i integreiddio technolegau newydd yn gyflym mewn tri maes ffocws: systemau cynhyrchu, eu pentwr technoleg, ac atebion cylch bywyd.

Mae argraffu 3D yn rhan o'r weledigaeth hon, ac mae'r falf hon yn un o'i ffrwythau cyntaf. Mae'n fwy effeithlon na phe bai'n cael ei gynhyrchu'n draddodiadol. Mae tua 50% yn rhatach ac yn sylweddol llai, gan ddefnyddio llai o ddeunydd. Ond crafu'r wyneb yn unig yw hyn pam y dewisodd John Deere argraffu'r rhan hon mewn 3D.

Y Cyntaf o lawer o Rannau Argraffedig 3D

Nid yw'r falf dargyfeirio thermol newydd ar y fersiynau diweddaraf o dractorau John Deere 6R a 6M yn gymhwysiad arloesol o dechnoleg argraffu 3D metel cynyddol hygyrch, mae'n benllanw tua dwy flynedd o ymchwil a datblygu.

Dechreuodd gyda her i sicrhau y byddai tractorau John Deere yn perfformio mewn amgylcheddau oer. Cafodd peirianwyr y dasg o ddatblygu falf a allai gynnal tymheredd tanwydd heb effeithio ar berfformiad injan.

“Yn gyntaf, rydych chi'n dechrau gyda'r hyn rydych chi am i'r rhan ei wneud,” meddai Udo Scheff, cyfarwyddwr peirianneg ar gyfer tractorau bach a chanolig John Deere, “ac yn gweithio trwy optimeiddio'r dynameg hylif cyfrifiannol a'i efelychu yn y byd rhithwir, yna rydych chi'n trosglwyddo hynny i mewn i ddyluniadau digidol ar gyfer model prototeip.”

Roedd gan y model prototeip delfrydol, yr un a oedd yn gadael i'r tanwydd lifo gyda'r effeithlonrwydd mwyaf, sianeli mewnol crwn, llyfn. Dim ond gydag argraffu 3D y mae modd creu nodwedd, meddai Scheff.

“Mewn dynameg hylif, pan fydd gennych ddau dwll drilio sy'n croestorri, mae gennych chi gorneli miniog bob amser os ydych chi'n defnyddio offer peiriannu. Gydag argraffu 3D, gallwch gael corneli crwn, sef yr elfen a ddaeth â cham arall i fyny i ni wrth optimeiddio'r falf.”

I brofi a fyddai'r rhan yn gweithio yn ôl y disgwyl, bu peirianwyr yn John Deere yn gweithio gyda staff gweithgynhyrchu ychwanegion yn yr Almaen Ychwanegyn GKN (Rhagolwg 3D), gwneuthurwr digidol o rannau a deunyddiau metel, i wneud y gorau o ddyluniad y falf tanwydd ymhellach ar gyfer argraffu 3D metel. Falfiau prototeip printiedig GKN mewn dur ar yr argraffydd metel 3D newydd gan HPHPQ
, Ateb Metal Jet S100. Mae'r argraffydd hwn yn defnyddio un o'r technolegau argraffu 3D metel - mae yna sawl un - o'r enw rhwymwr jetio, lle mae powdr metel yn cael ei uno â haen asiant rhwymo ar haen i ffurfio rhan sydd wedyn yn cael ei sintro mewn popty gradd ddiwydiannol. Ar ôl geiriau, mae'r rhan yn cael ei beiriannu a'i ymgynnull.

Cafodd y falf dargyfeirio thermol ei brofi'n drylwyr er mwyn sicrhau'r ansawdd pibell gofynnol, sy'n hafal i fetel cast wedi'i beiriannu neu fuddsoddiad. Roedd profi'r rhan yn y maes hefyd yn llwyddiant.

“Felly dyma’r pwynt lle bu’n rhaid i ni benderfynu sut yr oeddem yn mynd i weithgynhyrchu’r rhan hon i fodloni’r eiddo materol a gofynion eraill,” meddai Scheff, a oedd hefyd yn gorfod ystyried ei ddyddiad cau tynn ar gyfer y rhan hon, faint fyddai cost offer, a sut y byddai'r rhan yn ffitio yn llif gwaith y cynulliad.

“A dyna pryd y gwnaethom benderfynu, iawn, os yw'r rhan hon sydd wedi'i hargraffu mewn 3D yn gweithio mewn profion a bod gweithgynhyrchu'r ychwanegyn yn gost-effeithiol, yna bydd yn gweithio ym maes cynhyrchu hefyd,” meddai Scheff.

Mae creu prototeipiau yn yr un deunydd a dull a ddefnyddir ar gyfer y rhan gynhyrchu derfynol yn rhoi mwy o sicrwydd perfformiad i beirianwyr. “Fe wnaethon ni ddewis y broses jet metel gan HP oherwydd ei fod yn llawer cyflymach na phrosesau argraffu 3D metel eraill,” ychwanega Jochen Müller, rheolwr peirianneg ddigidol byd-eang John Deere. “Rydym yn darganfod cyfleoedd i ddarparu offer mwy effeithlon, dibynadwy a chynaliadwy, a rhoddodd HP yr ateb perffaith i ni ar gyfer hynny.”

Argraffu Metel 3D ar Gyfrolau Cynhyrchu

Ar hyn o bryd, mae mwy na 4,000 o falfiau'n cael eu cludo o GKN i ffatri tractor John Deere i'w cydosod yn derfynol am bris fesul rhan sy'n llai na gofannu neu felino. Mae tractorau gyda'r rhan argraffedig 3D hwn eisoes yn y maes, yn llythrennol.

Dywed Müller fantais arall o argraffu 3D y rhan benodol hon yn lle defnyddio dulliau traddodiadol, yw ystwythder ychwanegol yn y broses weithgynhyrchu. Oherwydd nad oes angen mowldiau nac offer ar gyfer argraffu 3D, roedd prototeipiau rhan yn gyflymach ac yn rhatach i'w creu, a gyflymodd y broses ddylunio. Gellir addasu a gwella'r dyluniad ar unrhyw adeg. Hefyd, o ran rhannau newydd, nid oes angen rhestr eiddo sefydlog. Gellir anfon y ffeil ddigidol o'r gwerth hwn at unrhyw wneuthurwr trydydd parti gyda thechnoleg HP Metal Jet a'i gynhyrchu'n gymharol leol ac yn gyflym.

Er bod rhestr ddigidol gyflawn o atgyweirio a darnau sbâr ar gyfer offer presennol ac etifeddiaeth John Deer yn dal i fod yn brosiect pell yn y dyfodol, mae'r cwmni eisoes yn gweld y manteision posibl.

“Mae gennym ni sefydliad rhannau sbâr enfawr sydd â diddordeb mawr, iawn mewn argraffu 3D,” meddai Müller. Eisoes, mae'r cwmni'n meddwl pa rai a faint o ddarnau sbâr y gellir eu trosi i ffeiliau digidol argraffadwy 3D, a fyddai'n dileu'r warysau. “Fel arfer, mae gennym ni ddarnau sbâr mewn stoc am tua 20 mlynedd, weithiau hyd yn oed yn hirach, ac mae’n anodd iawn rhagweld beth i’w wneud gyda’r stoc sydd ar gael a sut i ailgyflenwi stoc os byddwch yn rhedeg allan.”

Y tu hwnt i argraffu darnau sbâr 3D ar alw, mae Müller yn rhagweld dyfodol lle gall John Deere ddadansoddi rhannau sydd wedi treulio neu sydd wedi torri a rhannau arfer argraffu 3D sy'n cael eu hatgyfnerthu ar gyfer achosion defnydd unigol.

Profi Argraffu 3D Trwy Brototeipio

Dechreuodd John Deere, fel llawer o gwmnïau gweithgynhyrchu a modurol, argraffu 3D yn eu labordy peirianneg gyda phrototeipiau dylunio polymer o gydrannau a chysyniadau cerbydau.

Dysgodd y cwmni'n gyflym fod cael modelau ffisegol i'w trin, eu ffitio a'u cymharu â rhannau presennol yn amhrisiadwy yn y cyfnod dylunio. “Gall pobl o’r llinell ymgynnull wirio a yw rhan eich cysyniad yn ymarferol o safbwynt gweithgynhyrchu,” noda Scheff.

Mae'r prototeipiau hyn yn fwy effeithlon ac yn llawer cyflymach na pheiriannu neu gerfio allan o bren, sef un o'r technegau a ddefnyddiwyd cyn i John Deere ddechrau argraffu 3D yn 2000.

“Mae ein galluoedd argraffu 3D mewnol yn caniatáu i'n dylunwyr brofi eu syniadau yn hawdd a gwirio eu cysyniadau yn gynnar iawn yn y broses ddatblygu,” ychwanega Müller. “Mae'n fath o feddylfryd 'methu yn gynnar'. Rydym am ddod â phob cysyniad i’r llawr fel modelau ffisegol a chael grwpiau amrywiol at ei gilydd er mwyn dod allan â’r cysyniad cywir. Felly mae argraffu 3D a gweithgynhyrchu ychwanegion, yn gyffredinol, yn ein grymuso i wneud hynny.”

Y falf dargyfeirio thermol yw'r cyntaf o lawer o rannau tractor wedi'u hargraffu 3D i ddod.

Jigs ac Offer Ffatri Argraffu 3D

Mae argraffwyr 3D i'w cael ym mron pob ffatri John Deere ledled y byd yn corddi gosodiadau ac offer ffatri 24/7. Dywed Scheff fod gweithgynhyrchu traddodiadol yn dal i ddigwydd oherwydd ni all argraffu 3D ddisodli popeth, ond o ran rhannau â chyfuchliniau unigryw neu offer arbennig, argraffu 3D yw'r dull o ddewis.

Mae gosodiadau ffatri bron bob amser yn unigryw i linell ffatri ac yn ddrud i'w peiriannu mewn symiau bach. Er mwyn hwyluso argraffu 3D y rhannau hyn, sefydlodd John Deere rwydwaith byd-eang o argraffwyr 3D gyda gwahanol dechnolegau argraffydd mewn gwahanol leoliadau ac mae ffatrïoedd mwy yn gwasanaethu anghenion y ffatrïoedd llai.

Ym mhob ffatri John Deere, mae'r adran peirianneg gweithgynhyrchu, sydd â'r dasg o ddod o hyd i'r prosesau gweithgynhyrchu mwyaf effeithlon, yn cynnig offer newydd ac yn penderfynu a yw'n well eu gwneud â thechnolegau ychwanegion neu draddodiadol. Yna, mae grŵp peirianneg ddigidol Müller yn datblygu'r modelau digidol sy'n cael eu hanfon yn ôl i'r ffatri i'w hargraffu 3D neu'n allanoli i wasanaeth argraffu 3D lleol.

O brototeipiau i gydrannau terfynol, offer, a darnau sbâr, argraffu 3D yw un o brif asedau John Deere yn ei ymgais i fod yn sefydliad mwy digidol ac ystwyth, meddai Müller. Mae'n galluogi peirianwyr i ddatblygu cysyniadau o syniad i ran ffisegol yn gyflymach trwy rannau prototeipio cyflym, ac yn awr, gyda'i brosiect diweddaraf, i ddod â rhannau injan mwy effeithlon i'r farchnad yn gyflymach ac yn rhatach.