Digital learning

Nutidens produktionsteori, værktøjer og bedste praksis fokuserer på at fremstille tusindvis eller millioner af identiske dele eller produkter til en lav enhedspris. Skræddersyet produktion og produktion i små mængder kræver et helt andet sæt metoder. Producenter står over for unikke udfordringer, når de forsøger at tilpasse masseproduktionssystemer.

Men med den hurtige udvikling af fremstillingsmetoder og materialer er der nu flere teknologier til rådighed, som gør det muligt at fremstille disse skræddersyede dele og slutprodukter i små mængder hurtigt og omkostningseffektivt.

Denne blog giver et overblik over de forskellige scenarier for lavvolumenproduktion samt teknologier og løsninger til fremstilling af slutbrugerdele i lave volumener.

Hvad er lavvolumenproduktion?

Lavvolumenproduktion refererer generelt til produktionsserier, der producerer titusinder til titusinder af dele.

I dag er de fleste traditionelle fremstillingsmetoder som støbning eller formning baseret på begrebet masseproduktion: fremstilling af store mængder af identiske varer. Selvom disse teknikker er ekstremt omkostningseffektive til masseproduktion (over 10.000 dele), kræver de standardisering, dyre maskiner og værktøjer, der sjældent giver mulighed for produktændringer.

Værktøj til masseproduktionsprocesser som f.eks. sprøjtestøbning kan hurtigt koste mere end 10.000 dollars og forlænge produktionstiden med uger eller måneder. Masseproduktion giver producenterne mulighed for at opveje denne høje startinvestering med store ordrer, da omkostningerne pr. del falder, når omkostningerne spredes over tusindvis af dele. Masseproduktionsprocesser fokuserer på at producere identiske dele i store mængder. Det begrænser muligheden for at producere specialiserede eller meget tilpassede dele på en økonomisk måde.

I modsætning hertil foregår produktionen af emner baseret på unikke specifikationer, også kendt som specialfremstilling eller high-mix low-volume (HMLW)-fremstilling, traditionelt manuelt i små værksteder. På grund af den høje andel af manuelt arbejde og den lavere gennemstrømning fører det til højere omkostninger pr. del for kundetilpassede produkter. Af samme grund var det sjældent økonomisk muligt at producere store mængder individuelt tilpassede varer, også kaldet massetilpasning.

I de seneste årtier er der sket en rivende udvikling inden for fremstillingsmetoder, der egner sig til lavvolumenproduktion. Teknologier som Additive Manufacturing (3D-print), CNC-bearbejdning og hurtig værktøjsfremstilling giver unikke fordele ved lavvolumenproduktion, kundetilpasning (high-mix low-volume manufacturing) og massetilpasning.

Disse fordele ved lavvolumenproduktion er:

• Lavere omkostninger: Eliminering af overdrevne værktøjsomkostninger, der kræver minimumsbestillinger for at blive kompenseret, sænkning af barrierer for markedsadgang og tilskyndelse til innovation.
• Hastighed: Reducer udviklingstider og månedslange produktionstider til blot et par dage eller uger for at være foran konkurrenterne.
• Fleksibilitet: Løs produktionsproblemer, reager på kundefeedback, tilpas produkter hurtigt og foretag designændringer, alt sammen hurtigt og uden for store omkostninger.
• Tilpasning: Tilbyd kunderne tilpasning og skab produkter med en hidtil uset designfrihed, herunder komplekse dele med organiske, gitterformede eller indviklede former uden ekstra omkostninger.
• Kontrol: Afkort forsyningskæderne og reducer leveringstiderne med lokal on-demand-produktion, og minimer lagrene af dele eller delkomponenter for hurtigt at imødekomme skiftende forretningsbehov.

Fordelene ved produktion i små mængder

Behovet for innovation, bedre kvalitet og lavere omkostninger lægger et konstant pres på producenterne for at forblive konkurrencedygtige og maksimere overskuddet. Fra at bygge bro mellem prototyper og masseproduktion til at reducere flaskehalse i forsyningskæden ser vi på de forskellige fordele ved lavvolumenproduktion.

Hasbro Selfie-serien tilbyder de første personaliserede, massetilpassede actionfigurer.

Tilpasning

Kunder i dag bruger mere tid og flere penge på at finde produkter, der opfylder deres individuelle behov og krav. Der er brug for flere muligheder for personaliserede produkter og oplevelser for at imødekomme efterspørgslen. Lavvolumenproduktion kan hjælpe virksomheder med at opskalere personaliserede produkter til massemarkedet uden at skulle investere i dyre værktøjer.

Virksomheder kan gentænke den måde, produkter fremstilles på, og udforske nye forretningsmodeller, der bringer dem tættere på deres individuelle kunders behov, såsom massetilpasning.

New Balance har lanceret en limited edition high-performance trainer med 3D-printede indersåler.

Produktinnovation

Med innovative værktøjer som 3D-print kan designere skubbe til grænserne for designkompleksitet, optimere strukturer og tilpasse dele uden ekstra omkostninger. Det giver dem mulighed for at udvikle unikke produkter, som er svære at fremstille med traditionelle metoder.

Med 3D-printere kan du skabe komplekse former og dele, som ville være dyre eller endda umulige at fremstille med konventionelle produktionsmetoder. Tænk på funktioner som fremspring, mikrokanaler eller organiske former. Du kan også konsolidere samlinger af flere dele, reducere vægten, afhjælpe svage samlinger og reducere monteringstiden. Så der åbner sig nye design- og konstruktionsmuligheder.

Tension Square producerer et innovativt medicinsk udstyr med 3D-print.

Fremstilling af broer

Bridge manufacturing er den fase i produktudviklingsprocessen, der bygger bro mellem prototyper og produktion. Virksomheder i alle sektorer kan bruge lavvolumenproduktion til hurtigt og billigt at producere mindre partier af dele, før de går over til masseproduktion. De kan reducere risikoen ved masseproduktion ved at bruge pilotversioner til produkttest, forsalg eller markedsvalidering, før de forpligter sig til dyrt værktøj til masseproduktion.

3D-printede COVID-19-testpinde produceret til at bekæmpe global pandemi.

Modstandsdygtighed i forsyningskæden

Flaskehalse i den globale forsyningskæde forlænger leveringstiden og udgør en stor trussel mod nye produkters time-to-market, kundetilfredsheden og den overordnede konkurrencefordel. Produktionsaktiver med lave volumener kan bruges til midlertidig produktion for hurtigt og billigt at producere små serier i tider med knaphed. Virksomheder kan reducere deres afhængighed af eksterne leverandører, håndtere logistiske forstyrrelser og geopolitiske problemer og reagere hurtigt på markedsændringer ved at bringe produktionskapaciteten in-house.Battle Beaver Customs’ Playstation 5-controllere med 3D-printede indvendige dele.

Dele til eftermarkedet

Eftermarkedsproducenter fremstiller færdige produkter, der er en del af eller en tilføjelse til et eksisterende OEM-produkt (Original Equipment Manufacturer). For disse applikationer er det en stor udfordring at introducere nye innovative produkter og samtidig holde trit med OEM’s produktopdateringer.

Ved at eliminere behovet for værktøjer giver lavvolumenfremstilling den fleksibilitet, der er nødvendig for at tilpasse eftermarkedsdele efter behov, både i design og produktion. Eftermarkedsvirksomheder kan fremstille komplekse geometrier for at forbedre produktets ydeevne eller tilpasse produkter til deres kunder. Lavvolumenproduktion hjælper med at minimere lagerbeholdningen og sikrer kontinuerlig kompatibilitet via opdateringer fra OEM’er.

Bilproducenten Brose har evalueret produktionen af reservedele via 3D-print.

Reservedele

Når en OEM stopper produktionen af et bestemt produkt eller en bestemt model, er de nødt til at have tusindvis af dele på lager for at kunne betjene kunder, der har gamle produkter og har brug for udskiftning eller reparation. Hvis OEM’en ikke fremstiller og lagerfører nok af disse reservedele, løber store grupper af kunder, der stadig bruger disse udgåede modeller, ofte tør for løsninger. Det er svært for en OEM at beregne præcis, hvor mange dele de skal have på lager. Hvis de anslår det for højt, får de problemer med spild og opbevaring. Hvis de anslår det for lavt, bliver køberne skuffede.

Ved at bruge teknologier som 3D-print til at producere deres egne reservedele, kan producenter skifte fra fysisk til digital lagerbeholdning. Kun CAD-modeller gemmes for at producere on-demand dele til at erstatte en mistet eller beskadiget genstand.

Teknologier til produktion af små mængder

Additiv fremstilling (3D-printning)

3D-print har været udbredt inden for prototyping og produktudvikling i årtier. Nu bruges denne modne teknologi i vid udstrækning i produktionen. I produktudviklingsprocessen bruger producenterne allerede fleksibiliteten ved 3D-print til at fremstille internt værktøj som f.eks. jigs, klemmer og andre produktionsværktøjer. De fremstiller også hurtigt værktøj som f.eks. forme til sprøjtestøbning eller termoformning.

De seneste fremskridt inden for maskiner, materialer og software giver mulighed for at producere meget præcise, funktionelle 3D-print, der kan fungere som dele til slutbrugere. Det er dele, der sælges til og bruges af slutbrugeren. Det giver virksomheder mulighed for at bringe innovative produkter på markedet og gør produktion i lille og mellemstor skala tilgængelig.

3D-printere bruges mest til at fremstille plastdele. Der findes også 3D-metalprintere, men de er betydeligt dyrere. Der findes mange forskellige typer 3D-printere. De mest almindelige processer til fremstilling af plastdele er: Selektiv lasersintring (SLS), stereolitografi (SLA) og Fused Deposition Modelling (FDM).

Håndtag til barberskraber
Gillette
SLA
Custom Resin
Massetilpasning

Sidepropeller til jetdrevspumpe
JetBoatPilot
SLS Nylon 12 pulver
Dele til eftermarkedet

Hus til køretøjets styresystem
IBL Hydronic
SLS = Nylon 11 pulver
Produktion af små mængder

Da 3D-printere ikke kræver noget værktøj og minimal opsætningstid til et nyt design, er omkostningerne ved at producere et skræddersyet slutprodukt ubetydelige sammenlignet med traditionelle fremstillingsprocesser.

Additive Manufacturing-processer har typisk en højere cyklustid og er mere arbejdskrævende end dem, der typisk bruges til masseproduktion. Men sammenlignet med konventionelle manuelle produktions- og fremstillingsprocesser til små mængder repræsenterer de et betydeligt produktivitetsspring. Efterhånden som 3D-printteknologierne forbedres, vil prisen pr. del fortsætte med at falde. Det vil muliggøre en endnu bredere vifte af applikationer til små og mellemstore volumener.

De fleste konventionelle fremstillingsprocesser kræver dyre industrimaskiner og dygtige operatører, hvilket tvinger mange virksomheder til at outsource deres produktion til dedikerede faciliteter. 3D-print gør det derimod muligt at producere in-house. Kompakte stationære eller bordbaserede 3D-printsystemer til fremstilling af plastdele er billige, kræver meget lidt plads og ingen særlige færdigheder. Professionelle ingeniører, designere og producenter kan derfor fremskynde iteration og produktionscyklusser fra måneder til blot et par dage.

Fremstillingsprocessen for 3D-print

• Design:Design din model i CAD, eller skab en model baseret på en 3D-scanning af en eksisterende model, en MRI-scanning eller en intraoral scanning.
• Printforberedelse: Printforberedelsessoftware bruges til at orientere og udlægge modeller inden for en printers byggevolumen, tilføje støttestrukturer (om nødvendigt) og skære den støttede model i lag.
• Udskrivning: Vælg den rigtige teknologi og det rigtige materiale, og print delen på en 3D-printer.
• Efterbehandling: Når printningen er færdig, fjernes delene fra printeren, renses eller vaskes, hærdes (afhængigt af teknologien), og støttestrukturerne fjernes (hvis relevant). Emnerne kan males, coates eller videreforarbejdes ved hjælp af andre efterbehandlingsteknikker.

 

CNC-værktøj

CNC-værktøjer (Computer Numerical Control) er subtraktive fremstillingsprocesser. De starter med solide blokke, stænger eller stave af plast, metal eller andre materialer, der formes ved at fjerne materiale ved skæring, boring og slibning.

CNC-værktøj omfatter CNC-bearbejdning, hvor materiale fjernes med et roterende værktøj og en fast del (fræsning) eller en roterende del med et fast værktøj (drejning). Laserskærere bruger en laser til at gravere eller skære en bred vifte af materialer med høj præcision. Vandstråleskærere bruger vand blandet med slid og højt tryk til at skære gennem stort set alle materialer. CNC-fræsere og -drejebænke kan have flere akser, så de kan håndtere mere komplekse designs. Laser- og vandstråleskærere er mere velegnede til flade dele.

CNC-værktøjer kan forme dele af plast, blødmetaller, hårdmetaller (industrimaskiner), træ, akryl, sten, glas og kompositter. De er ideelle til at producere specialfremstillede dele eller dele i små mængder, konstruktionsdele og værktøjer til en lang række industrier.

Sammenlignet med værktøjer til Additive Manufacturing er det kompliceret at opsætte og betjene CNC-værktøjer. Desuden kræver nogle materialer og designs særligt værktøj, håndtering, positionering og bearbejdning. Det gør dem dyrere til enkeltdele end additive processer og bedre egnet til små produktionsserier.

Bearbejdning er ideel til lavvolumenproduktion, der kræver snævre tolerancer og geometrier, der er svære at støbe, såsom remskiver, tandhjul og bøsninger. CNC-bearbejdning har lave til moderate etableringsomkostninger og kan producere komponenter af høj kvalitet fra en bred vifte af materialer med korte leveringstider.

Bearbejdningsprocesser har flere begrænsninger på emnegeometrien end 3D-print. Derved stiger omkostningerne pr. del, efterhånden som delen bliver mere kompleks. Underskæringer, passager og elementer på flere dele øger omkostningerne. Bearbejdning kræver plads til værktøjsadgang, og visse geometrier, f.eks. buede indvendige kanaler, er vanskelige eller umulige at fremstille med konventionelle subtraktive metoder.

Produktionsprocessen

1. Design: Design din model i CAD, eller skab en model baseret på en 3D-scanning af en eksisterende model, en MR-scanning eller en intraoral scanning.
2. Opsætning af arbejdet: CNC-maskiner kræver et mellemliggende trin med generering og validering af værktøjsbaner (CAD til CAM). Værktøjsbaner bestemmer, hvor skæreværktøjer bevæger sig, ved hvilke hastigheder og eventuelle værktøjsskift.
3. Bearbejdning:Værktøjsbaner sendes til maskinen, hvor den specificerede subtraktive proces begynder. Afhængigt af den ønskede form på slutproduktet kan det være nødvendigt at flytte emnet til en ny position, så værktøjshovedet kan nå nye områder.
4. Efterbehandling: Efter produktionen rengøres og afgrates emnet, trimmes og kan efterbehandles yderligere med andre efterbehandlingsteknikker.

Hurtigt værktøj

Rapid tooling er den gruppe af teknikker, der bruges til at fremstille værktøjer hurtigt og effektivt til lave omkostninger til konventionelle fremstillingsprocesser som sprøjtestøbning, termoformning eller støbning. Værktøjerne bruges til at fremstille dele hurtigere eller i mindre mængder.

Konventionelle værktøjer fremstilles normalt af holdbare metaller ved hjælp af teknologier som bearbejdning og metalstøbning. Men disse processer er dyre og egner sig bedre til store produktionscyklusser. Når de bruges til iterationer af værktøjer eller til at fremstille værktøjer, der kun kan producere små serier af dele, stiger omkostningerne, og produktionstiden øges kraftigt.

Ved at inkludere rapid tooling i produktudviklingsprocessen kan producenter validere design og materialevalg, før de går over til masseproduktion. Det fremskynder produktudviklingen, sikrer hurtig iteration og bringer bedre produkter på markedet. Rapid tooling giver ingeniørerne mulighed for at bruge materialer af faktisk produktionskvalitet. Det giver dem mulighed for at evaluere, hvordan delene vil fungere i praksis, og producere begrænsede produktmængder til beta- og valideringstest. Rapid tooling kan også hjælpe med at løse problemer i produktionsprocessen, før der investeres i dyre produktionsværktøjer.

Rapid tooling giver også mulighed for at producere specialfremstillede eller begrænsede serier af dele til slutbrug med traditionelle fremstillingsprocesser, som ville være uoverkommeligt dyre med konventionelt værktøj. Det giver producenterne mulighed for at teste markedet for nye produkter, tilbyde et bredere sortiment eller tilpasse delene til kundernes behov.

Rapid tooling kan bruges til at understøtte forskellige konventionelle fremstillingsprocesser til at producere plast-, silikone- eller gummidele, kompositter og endda metaldele.

Produktionsprocessen

1. Design: Design formen, mønsteret, matricen eller hovedværktøjet i CAD-software.
2. Fremstilling af værktøjet: Lav værktøjet med en 3D-printer eller et CNC-værktøj, eller lav forme eller værktøjer baseret på et mastermønster.
3. Produktion: Placer det hurtige værktøj i din maskine, eller brug mønsteret i dit workflow, og udfør produktionsprocessen.
4. Efterbehandling: Udfør al nødvendig efterbehandling for at opnå et færdigt produkts kvalitetsfinish.

In-house produktion vs. kontraktproduktion

Mens produktion traditionelt involverer kontraktproducenter og en lang kæde af leverandører, kan virksomheder til lavvolumenproduktion også købe deres egen produktion in-house.

Outsourcing af produktion til servicebureauer eller laboratorier anbefales, når du kun har brug for nogle få dele lejlighedsvis og til dele, der er store eller kræver ikke-standardmaterialer. Servicebureauer eller lokale servicebureauer tilbyder fremstilling og produktion af små mængder efter behov. Disse bureauer har normalt flere teknologier, herunder additive og subtraktive processer og hurtig værktøjsfremstilling. De kan også rådgive om forskellige materialer og tilbyde merværditjenester som design eller avanceret efterbehandling.

De største ulemper ved at outsource til serviceudbydere er omkostninger og leveringstid. En af de største fordele ved lavvolumenproduktion er hastigheden sammenlignet med traditionelle produktionsmetoder, som hurtigt falder, når outsourcede dele tager en uge eller flere uger om at ankomme. Det er også ofte meget dyrt at outsource produktionen af dele i små mængder. Afhængigt af antallet af dele og volumen kan en virksomhed ofte nå break-even inden for et par måneder ved blot at investere i en 3D-printer og printe selv.

Med stationære og bordbaserede 3D-printere kan virksomheder betale for så meget kapacitet, som deres virksomhed har brug for, og opskalere produktionen ved at tilføje ekstra enheder, efterhånden som efterspørgslen vokser. Brug af flere 3D-printere giver dig også fleksibilitet til at printe dele i forskellige materialer på samme tid. Servicebureauer kan supplere dette fleksible workflow til større dele eller ikke-konventionelle materialer.

Kom godt i gang med lavvolumenproduktion

Additive Manufacturing er en effektiv løsning til at producere et lille antal dele til slutbrug med minimal leveringstid, da man slipper for værktøjsbegrænsningerne ved konventionelle metoder. In-house 3D-print giver virksomheder mulighed for at tage produktionen i egne hænder og reducere produktionstid, omkostninger og risici. Udforsk Formlabs, Desktop Metal og Ultimakers udvalg af professionelle 3D-printløsninger.

Har du en idé om at gøre brug af lavvolumenproduktion i din virksomhed, men ved du ikke, hvor du skal starte? Kontakt en af vores konsulenter for at diskutere, hvordan du sammensætter et ideelt workflow.