Приспособления и приспособления:6 способов повысить эффективность производства с помощью 3D-печати

Будь то приспособления, приспособления или захваты, инструменты остаются жизненно важной, хотя и кажущейся повседневной частью производственного процесса. Независимо от сложности ваших продуктов, производительность и эффективность вашего производства зависят от наличия высококачественных вспомогательных инструментов.

За последние несколько лет произошел радикальный сдвиг в том, как производятся эти вспомогательные инструменты:от Volkswagen до Boeing, Jabil и др. Ведущие производители увидели преимущества 3D-печати как средства изготовления инструментов.

Так как же 3D-печать этих производственных вспомогательных средств может помочь производителям в достижении экономичного производственного процесса?

Важность приспособлений и приспособлений

Повышение эффективности производства и производительности - основная задача производителей. Приспособления и приспособления - это производственные приспособления, используемые для повышения надежности, точности и качества производственного процесса при минимизации продолжительности производственного цикла и повышении безопасности труда.

По сути, цель приспособлений, приспособлений и вспомогательных средств производства - обеспечить точный, воспроизводимый и взаимозаменяемый производственный процесс, сокращая время производства и сокращая количество ошибок, связанных с человеческим фактором.

Джиги

Зажим - это инструмент, который удерживает и поддерживает заготовку, направляя режущий или обрабатывающий инструмент для определенной операции. Самый распространенный тип кондуктора - это кондукторные приспособления, которые направляют сверло в желаемое место.

Светильники

Приспособления удерживают, поддерживают и фиксируют заготовку (но не направляют режущий инструмент) во время обработки или сборки. К машине обычно прикрепляются приспособления, и каждое приспособление должно соответствовать определенной детали или форме.

Приспособления и приспособления жизненно важны для оптимизации производственных процессов, и их преимущества включают:

• Уменьшение количества брака
• Повышение точности и повторяемости процессов
• Снижение требуемого уровня навыков (для работы с приспособлениями и приспособлениями)
• Повышение производительности

Инструменты, напечатанные на 3D-принтере:отказ от традиций

В 2021 году более половины (57%) компаний, опрошенных Jabil, сообщают, что они используют 3D-печать для изготовления инструментов, приспособлений и приспособлений, по сравнению с 30% в 2017 году и 37% в 2019 году.

Традиционные методы производства требуют, чтобы приспособления и приспособления обрабатывались на станке с ЧПУ или вручную сваривались и собирались. Этот процесс может занять дни (или недели, если он выполняется на стороне), не в последнюю очередь потому, что обработка деталей требует тщательного планирования и квалифицированных операторов станков.

Неудивительно, что использование традиционных методов производства приводит к длительным срокам выполнения заказа и высоким производственным затратам, а также обеспечивает небольшую гибкость при внесении новых изменений в конструкцию.

Однако 3D-печать - идеальная альтернатива. С помощью 3D-принтера вы можете изготавливать приспособления и приспособления по запросу за небольшую часть затрат на материалы и при необходимости выполнять итерацию.

Почему 3D-печать?

1. Более быстрое выполнение заказа

Ключевым преимуществом 3D-печати является скорость производства деталей. Поскольку 3D-печать - это цифровой производственный процесс, в котором используются 3D-модели САПР, все, что требуется, - это загрузить указанную САПР-модель, и ваша деталь потенциально может быть напечатана в считанные часы.

Это дает значительные преимущества при производстве приспособлений и приспособлений. При традиционном производстве изготовление оснастки может занимать дни или даже недели и включать в себя несколько этапов обработки. Однако с помощью 3D-печати большая часть производственного процесса автоматизирована, что требует меньшего вмешательства человека и ускоряет производственный процесс.

Примеров из реальной жизни предостаточно:Volkswagen Autoeuropa, крупнейший автомобильный завод Португалии, сообщил об экономии времени на 89% за счет использования приспособлений и приспособлений для 3D-печати. Исследования, проведенные Stratasys, говорят о том же:по словам производителя, приспособления и приспособления для 3D-печати могут сократить время выполнения заказа до 90%.

Скорость, с которой могут быть изготовлены приспособления и приспособления с помощью 3D-печати, означает, что она также идеально подходит для создания нескольких итераций устройства, что способствует инновационным изменениям в конструкции.

Часто в один день можно разработать и распечатать несколько итераций. Сравните это с высокими затратами и длительными сроками использования внешнего поставщика, и преимущества аддитивного производства очевидны.

Эти преимущества означают, что инженерам не придется страдать из-за продолжительных циклов разработки и длительных периодов времени между получением итераций из механического цеха. У них есть свобода и гибкость для внесения изменений в конструкцию вплоть до начала производства.

2. Снижение затрат

Помимо экономии времени, 3D-печать позволяет значительно снизить производственные затраты. Часто производство кондукторов, приспособлений и другого инструментального оборудования передается сторонним поставщикам.

Напротив, 3D-печать бросает вызов этому подходу, позволяя производителям внедрять технологию внутри компании. Эта новая стратегия - мелкосерийного производства инструментов на собственном предприятии - означает, что производители могут сократить расходы на аутсорсинг.

Например, Liberty Electronics, производственный цех по контракту, производящий высококачественные узлы для военной и аэрокосмической промышленности в Пенсильвании, сэкономил 85% стоимости нестандартного инструмента за счет 3D-печати его внутри компании, а не на аутсорсинге.

Инвентаризация - еще одна область, в которой производители могут резко сократить расходы с помощью 3D-печати. Вместо хранения инструментального оборудования аддитивное производство позволяет производить продукцию по требованию, поэтому инструменты могут изготавливаться по мере необходимости.

Наконец, поскольку 3D-печать является аддитивным процессом, а не вычитающим, производители могут легко минимизировать потери материалов, снижая затраты на материалы.

3. Улучшенная эргономика

Поскольку приспособления и приспособления требуют физического обращения со стороны рабочих в производственном цехе, создание легких деталей, с которыми легко обращаться, должно быть приоритетом для производителей.

Здесь 3D-печать может значительно помочь за счет снижения веса. Например, высококачественные материалы являются отличной альтернативой процессам резки металла и обеспечивают более легкий вариант. Более легкие инструменты также означают большее удобство использования для рабочих на производстве.

Аддитивное производство позволяет инженерам создавать улучшенные инструменты, которые точно соответствуют требованиям рабочих.

«Среда сборки жесткая, и повторяющиеся задачи могут стать для сотрудников невероятно тяжелыми», - говорит Боб Хит, инженер по AM-технологиям компании Eckhart, одного из лидеров в области передовых промышленных решений. Разработка индивидуализированных, эргономичных инструментов, которые также намного легче, чем инструменты традиционной конструкции, - одно из преимуществ аддитивного процесса в Eckhart.

Компания постоянно улучшает эргономику инструментов с помощью 3D-печати, учитывая отзывы конечных пользователей, делая при этом задачи легче, безопаснее, более воспроизводимыми и точными для рабочих на сборочной линии.

Например, это эргономичный кошмар для монтажника, который должен устанавливать щетку стеклоочистителя на новый автомобиль, въезжающий на станцию ​​каждые 45 секунд.

Итак, Экхарт сотрудничал со Stratasys, чтобы разработать 3D-печатное приспособление, которое расположено рядом с мотором стеклоочистителя и помогает оператору, всасывая инструмент к лобовому стеклу автомобиля.

Твердо зафиксированное положение, полученное в результате нового приспособления, позволяет сборщику последовательно устанавливать щетку стеклоочистителя и устранять любые переделки или проблемы с качеством ниже по потоку.

Читайте также:Интервью с инженером по приложениям для аддитивного производства Экхарта по 3D-печати, автоматизации и Индустрии 4.0

4. Больше разнообразия материалов

Для 3D-печати доступен широкий спектр материалов, от пластмасс и металлов до каучуков и воска. Трехмерная печать из нескольких материалов - это быстро растущая область интереса, в которой материалы объединяются для создания новых материалов с улучшенными механическими свойствами. Например, детали, напечатанные на 3D-принтере, могут быть химически и термостойкими или обладать устойчивостью к ультрафиолетовому излучению.

Одним из наиболее важных последствий для приспособлений и приспособлений является разработка высокоэффективных материалов, таких как PEKK или ULTEM, и композитов, которые могут создавать прочные и легкие детали инструментов с улучшенными механическими свойствами.

5. Повышенная производительность

3D-печать может помочь повысить производительность приспособлений и приспособлений, предоставляя более простой способ создания новых и улучшенных дизайнов. Раньше достижение этого было грандиозной задачей из-за уровня усилий и затрат, необходимых для производства новых производственных приспособлений традиционными методами

AM позволяет добавлять функции, такие как серийные номера, даты изготовления и другие ключевые данные, что позволяет улучшить управление запасами и их отслеживание.

Компоненты, которые будут разделены в процессе обработки, могут быть объединены при 3D-печати. Это минимизирует зазоры и нежелательное накопление пыли и стружки (например, для обрабатывающего инструмента).

6. Настройка

Наконец, 3D-печать упрощает создание продуктов по индивидуальному заказу. В сочетании со способностью создавать сложные геометрические формы эту технологию можно легко использовать для производства сложных настраиваемых инструментов, которые в противном случае были бы недостижимы при использовании традиционных методов производства.

Возможности настройки имеют преимущества в целом ряде отраслей, например, в области медицинских устройств. Здесь 3D-печать уже используется для создания хирургических шаблонов, сокращающих время операции и улучшающих качество обслуживания пациентов.

3D-печатные приспособления и приспособления в действии

Многие производители уже используют преимущества 3D-печати с точки зрения экономики и производительности для производства инструментов.

Производство

Джабил

Jabil - глобальная компания, предоставляющая производственные услуги, со 100 предприятиями в более чем двадцати странах по всему миру. Благодаря своему арсеналу систем Ultimaker AM компания уже изучает возможности 3D-печати для производства приспособлений и приспособлений. Его предприятие в Оберн-Хиллз в Мичигане является пионером в производстве оснастки с использованием аддитивного производства.

«Мне кажется, что в конечном итоге все приспособления и приспособления будут напечатаны на 3D-принтере, некоторые из них будут из пластика, некоторые из металла, но в конечном итоге это имеет смысл». - Джон Дулчинос, Jabil.

С помощью этой технологии компания может производить единичные партии приспособлений и приспособлений с несколькими итерациями дизайна без каких-либо ограничений по стоимости. Теперь предприятие может снизить стоимость оснастки до 30% и сократить время, необходимое на 80%, в то же время увеличивая удовлетворенность клиентов.

«Инструменты и приспособления для 3D-печати - это область, в которой большинство производителей могут извлечь выгоду, применяя 3D-печать в своих существующих процессах», - говорит Тим ​​ДеРозетт, директор Jabil по аддитивному производству.

Аэрокосмическая промышленность

Группа самолетов Moog

Производитель аэрокосмической и оборонной промышленности Moog Aircraft Group использует технологию Fused Deposition Modeling (FDM) для 3D-печати приспособлений для координатно-измерительных машин (CMM). По заявлению компании, аутсорсинг производства светильников для КИМ привел к тому, что время выполнения заказа от концепции до финальной части составило от четырех до шести недель. Однако с помощью 3D-печати компания может изготовить те же приспособления на месте примерно за 20 часов. Цена на 3D-печатные приспособления для КИМ также упала с 2000 фунтов стерлингов до пары сотен фунтов стерлингов.

Боинг

Однако 3D-печать выгодна не только для небольших производственных вспомогательных средств. В 2016 году в рамках совместного проекта между Boeing и Национальной лабораторией Окриджа (ORNL) Министерства энергетики в Теннесси был изготовлен впечатляюще большой 3D-печатный инструмент для триммирования и сверления для самолета Boeing 777X, установив мировой рекорд в то время для самого большого 3D-печатный объект.

Инструмент для обрезки и сверления, ранее изготовленный с использованием традиционных методов производства с использованием металла, был напечатан на 3D-принтере из АБС, армированного углеродным волокном, всего за 30 часов. Быстрое производство было достигнуто благодаря запатентованной машине для аддитивного производства на больших площадях (BAAM), разработанной в основном для крупномасштабных приложений AM.

Читайте также:4 впечатляющих применения крупномасштабной 3D-печати

Автомобильная промышленность

БМВ

Инструменты, напечатанные на 3D-принтере, также широко используются в автомобильном секторе. Одним из ярких примеров является BMW:немецкий автопроизводитель использовал моделирование наплавлением для производства ручных инструментов для сборки и тестирования в качестве альтернативы традиционным методам обработки металлов резанием, таким как фрезерование или токарная обработка. Благодаря 3D-печати вес эргономичных инструментов был уменьшен на 72%, что упростило их использование для рабочих и повысило функциональность устройства.

Renault Sport F1

3D-печать также была ценным решением для изготовления оснастки в Renault Sport Formula 1. Среди множества приложений 3D-печати компания использовала стереолитографию (SLA) для изготовления приспособлений для выхлопной системы своего гоночного автомобиля.

До внедрения аддитивного производства Renault использовала станки с ЧПУ для изготовления своих приспособлений, что могло занять несколько дней, а сборка предварительно обработанных деталей могла занять неделю. Напротив, при аддитивном производстве за ночь можно изготовить 15 приспособлений, что значительно экономит время.

Дополнительная литература:3D-печать и Формула 1:5 тенденций в автоспорте

Как максимально эффективно использовать приспособления и приспособления для 3D-печати

Оптимизировать дизайн инструмента

Успешная 3D-печать производственных вспомогательных средств начинается с дизайна. Найдите время, чтобы подумать, какие дополнительные функции можно встроить в приспособление или приспособление на этапе проектирования, чтобы воспользоваться гибкостью конструкции AM. Мелкие детали, которые было бы трудно обработать, и геометрия, считающаяся невозможной из-за зазора инструмента при фрезеровании или токарной обработке, входят в сферу применения процессов AM.

Что интересно, компании AM сейчас активно разрабатывают автоматизированные решения, чтобы ускорить процесс проектирования и дать инженерам возможность быстро оценить варианты дизайна, прежде чем печатать что-либо на машине. Такой инструмент может быть полезен при разработке инструментов.

Например, Ford продемонстрировал, как автоматизация может сократить время на разработку инструментов с часов до минут.

Благодаря партнерству с немецкой компанией-разработчиком программного обеспечения Trinckle автопроизводитель получил доступ к программному обеспечению, которое могло автоматически создавать геометрию инструмента, соответствующую контуру автомобиля, и формировать основу для нового приспособления. С помощью простого щелчка инженеры также могли добавлять такие элементы, как ручки, магнитные крепления для фиксации и направляющие края.

Автоматизация процесса проектирования этой детали позволила сэкономить несколько часов работы, сократив процесс проектирования до 10 минут. Форд считает, что такой подход может сэкономить тысячи евро на каждый инструмент.

Производитель оборудования Stratasys также разрабатывает решения для автоматизации проектирования 3D-инструментов в сотрудничестве с компанией-разработчиком программного обеспечения nTopology.

Это новое решение, получившее название Fixture Generator, позволяет инженерам готовить детали инструмента простым перетаскиванием. Это достигается за счет использования программного обеспечения nTopology для оптимизации топологии, которое оптимизирует конструкцию деталей с учетом конечного приложения. Вы можете запросить доступ к генератору приспособлений здесь.

Оцифровка инвентаря для упрощения повторного заказа инструментов, напечатанных на 3D-принтере

Если вы регулярно печатаете много инструментов, вам следует подумать об оптимизации рабочего процесса для их заказа.

Многие компании, внедряющие 3D-печатные приспособления и приспособления, часто хранят файлы дизайна в общих папках, в то время как инженерам необходимо отправлять запросы по электронной почте, чтобы заказать свои инструменты. В то же время менеджеры 3D-отделов должны сортировать электронные письма и рыться в папках и таблицах, чтобы найти требуемые файлы и их производственные требования, чтобы отправить их в производство.

Понятно, почему этот рабочий процесс не очень эффективен:он неудобен для инженеров, заказывающих детали, и отнимает много времени и подвержен ошибкам для специалистов по 3D-печати.

Альтернативным, более эффективным решением было бы создание цифрового каталога с файлами 3D-дизайна и производственными требованиями. Сделав его доступным для инженеров, компании могут упростить заказы и планирование производства, если каталог также интегрирован с аддитивной системой MES.

Читайте также:4 способа поддержки ваших операций с помощью цифровых ресурсов

Будущее инструментария - это 3D-печать

Хотя приспособления и приспособления могут быть не самым привлекательным аспектом аддитивного производства, они по-прежнему имеют решающее значение для производственного процесса. AM - идеальная альтернатива обеспечению эффективного производственного процесса, помогающая изготавливать приспособления, приспособления и другие вспомогательные средства с минимальными затратами времени и средств.

Заглядывая в будущее, по мере того как изготовление инструментов становится все более индивидуальным делом, производители, которые уже внедрили 3D-печать, извлекут выгоду из более рационального производственного процесса и ощутят значительное повышение эффективности и качества на производственных и сборочных линиях.