Niemieckie siły zbrojne wykorzystują drukowanie 3D do przeprojektowania przestarzałej części

Niemieckie Siły Zbrojne pracują nad wykorzystaniem drukowania 3D bezpośrednio w terenie, zgodnie z opisem w pracy zatytułowanej "Charakterystyka procesu produkcji dodatków metalowych do produkcji części zamiennych". Plan obejmuje przebudowę części maszyn, które zużyj się podczas wdrażania, utwórz plik do wydrukowania i wyślij go z powrotem do obszaru działania, gdzie żołnierze następnie wydrukują część 3D. Brzmi to prosto, a siły zbrojne w innych krajach również pracują nad drukowaniem 3D w terenie. Ale, jak podkreślają autorzy artykułu, w procesie jest wiele niewiadomych.

"Zazwyczaj zespół programistów nie zna dokładnie dokładnych wymiarów ani funkcjonalnych warunków brzegowych danej części," stan. "Obowiązkiem zespołu jest zbieranie brakujących informacji z wystarczającą pewnością."

Autorzy omawiają podejście do zwinnego rozwoju. Zręczność, określona w dokumencie, to "zdolność do szybkiego i współdziałania w reagowaniu na zmiany w nieprzewidywalnych środowiskach w celu wydajnego i skutecznego spełniania wymagań." W artykule przyjrzymy się konkretnemu studium przypadku przeprowadzonemu przez niemieckie siły zbrojne. Kiedy wojsko potrzebuje wydrukowanej części zamiennej w 3D, praca jest prowadzona przez WiWeB, federalną instytucję badawczą Bundeswehr Research Institute for Materials, Fuels and Lubricants.

Gdy pojawia się żądanie dotyczące elementu drukowanego 3D, praca jest prowadzona przez dwa zespoły. Zespół projektowy jest odpowiedzialny za generowanie pliku do druku 3D, a zespół produkcyjny odpowiada za faktyczne drukowanie 3D i przetwarzanie końcowe. Po ukończeniu części dział proofingu jest odpowiedzialny za zapewnienie kontroli jakości i certyfikatów w niektórych przypadkach.

W studium przypadku, zużyta pokrywa zaworu dla generatora Diesla została wysłana do zespołu projektowego przeprojektowanie, ale nie dostępna była dokumentacja dotycząca oryginalnych wymiarów, materiałów lub innych specyfikacji. Zespół był w stanie wydedukować ze swojej złożoności i geometrii, że część została pierwotnie odlana, a analiza materiału wykazała, że ​​został wykonany ze specjalnego stopu aluminium, AlSi10.

"W praktyce takie części są powszechnie nie są uważane za skłonne do noszenia, więc nie są dostępne w magazynie "- stwierdzają autorzy. "Ponieważ maszyny wykorzystujące ten składnik pochodzą sprzed kilku dekad, nabycie takiej części zamiennej, szczególnie po długim okresie po jej wyprodukowaniu, jest praktycznieniemożliwy. Biorąc pod uwagę złożony kształt, a także brak dostępności części zamiennej, ta zaślepka zaworu była przeznaczona do regeneracji za pomocą AM. "

Pierwszym krokiem było zeskanowanie części za pomocą skanera 3D. Pozyskiwanie danych zostało przeprowadzone za pomocą Polyworks Inspector, a wiele skanów zostało scalonych w jeden plik.

"Niemniej jednak konieczne było ręczne przetwarzanie końcowe w celu dostosowania jednorodnych struktur części z powodu występowania dziur, "Autorzy kontynuują. "Wyzwania w całym procesie skanowania, takie jak niepożądany hałas, prowadziły do ​​niedokładnych pomiarów, co skutkowało fałszywymi przypisaniami punktów. Takie efekty powodują konieczność zastosowania korekt programowych w celu ujednolicenia struktury powierzchni części. W połączeniu z oznakami zużycia wyniki skanowania nie były wystarczające, a część musiała zostać przeprojektowana ręcznie w procesie inżynierii odwrotnej. "

Dzięki doświadczeniu zespołu projektantów udało się usuwać i / lub modyfikować funkcje, które nie są krytyczne dla funkcji części i były nieodłącznie związane z pierwotnym procesem produkcyjnym. W tym przykładzie kąty przeciągania na bocznych ścianach i wsporniki ekstrakcji dla formy odlewniczej były oczywistymi cechami produkcji subtraktywnej i mogły być usunięte dla dodatku. Ta faza nosi nazwę Design for Additive Manufacturing (DfAM) i wykorzystuje zdolność drukowania 3D do wydajniejszego wytwarzania komponentu.

Struktury pomocnicze zostały następnie wygenerowane, a część została wyprodukowana przy użyciu SLM. Wydruk trwał 37 godzin z dodatkowymi dwiema godzinami obróbki cieplnej, aby zredukować naprężenia szczątkowe, i jeszcze jedną godzinę na zszlifowanie konstrukcji wsporczych.

"Ważne jest podkreślenie, że te procesy produkcji części zamiennych, chociaż napędzane wojskowymi badaniami naukowymi, mają zastosowanie w wielu innych branżach, a ich udział będzie ważniejszy w nadchodzących latach wraz z masowością AM i nadejściem przemysłu 4.0 ", podsumowują autorzy. "Ponadto metal AM zyskuje na znaczeniu ze względu na elastyczność samego procesu i jego potencjalnych zastosowań, jednak niezbędne są wytyczne dotyczące projektowania. Ponieważ mamy do czynienia z wieloma niepewnościami na różnych etapach procesu, adaptacja pewnych zasad sprawnego rozwoju sprzętu wydaje się uzasadniona. "