Digital learning

Reservedele er afgørende for både produktionsvirksomheder og forbrugere for at undgå nedetid på udstyr og nedsat produktivitet, når defekt udstyr skal repareres eller renoveres. For at få adgang til og levere kritiske reservedele skal virksomhederne have dyre lagre og navigere i dynamiske forsyningskæder.

Men hvad sker der, hvis en leverandør går konkurs, eller leveringstiden er for lang?

3D-print til reservedele bliver i stigende grad en effektiv løsning til at håndtere afbrydelser i forsyningskæden og tilgængeligheden af reservedele. 3D-printere kan nu bruges til at skabe alt fra gør-det-selv-reservedele til midlertidige reservedele og endda holdbare reservedele, der kan erstatte dele fremstillet med traditionelt værktøj. Det giver producenterne mulighed for at erstatte store lagerbeholdninger ved at producere reservedele efter behov.

I denne blog skitserer vi trinene til digital fremstilling af reservedele via Additive Manufacturing og hjælper dig med at vælge de rigtige teknologier. Vi viser også eksempler fra det virkelige liv.

Trin for trin: 3D-printning af reservedele og udskiftningsdele

1. Tjek for gennemførlighed

Reservedele fungerer i et system. For at sikre, at 3D-printede reservedele fungerer korrekt, skal man først overveje de tekniske krav til delen. Overvej dens geometri, tilsigtede brug og mekaniske belastning. Lad os se på nogle af disse kriterier.

– Geometri: 3D-printere giver næsten ubegrænset designfrihed, så der er gode chancer for, at alt, der er fremstillet med konventionelle værktøjer, også kan 3D-printes. Det kan dog være en god idé at justere designet for at optimere omkostninger, hastighed eller styrke.

– Størrelse: Emnet skal passe ind i 3D-printerens byggevolumen. For desktop- og benchtop-maskiner er det typisk omkring 15-30 cm i hver byggeretning. Måske kan erstatningsdelen også laves som en sammensætning af flere mindre dele.

– Materiale: 3D-printere kan erstatte de fleste plastdele og endda nogle metaldele. Find et materiale, der kommer tættest på egenskaberne for det materiale, der blev brugt til de originale dele.

– Belastninger: Tag højde for de belastninger og stød, som udskiftningsdelen skal kunne holde til. Vælg mere avancerede 3D-printteknologier og tekniske materialer til dele, der skal holde i lang tid.

Selv om 3D-printede reservedele ikke opfylder alle kriterier, kan de ofte fungere som en nødløsning for at forhindre nedetid på maskinen. I dette scenarie bruges en midlertidig 3D-printet reservedel, indtil en holdbar erstatning er tilgængelig. En midlertidig reservedel garanterer korrekt funktionalitet, men er begrænset med hensyn til levetid eller belastningskapacitet.

2. Få fat i 3D-modellen

Når det er blevet besluttet, at en reservedel kan og vil blive 3D-printet, er der brug for 3D-modeller af reservedelen. Hvis det er en reservedel til et internt produkt, der er designet med CAD-software, er den digitale fil allerede tilgængelig. For tredjepartsværktøjer tilbyder nogle producenter originale CAD-modeller af erstatningsdelene.

Hvis der ikke findes et design, kan du selv lave det i CAD-software eller hyre et ingeniørfirma. Enkle dele kan ofte måles manuelt. For mere komplekse designs er reverse engineering ved hjælp af 3D-scanning normalt en mere hensigtsmæssig arbejdsgang.

Reverse engineering indebærer, at man bruger en 3D-scanner til at fange et net, der er nødvendigt for at skabe 3D-modellerne.

3. 3D-printning af reservedele

Forbered CAD-modellen til 3D-print ved hjælp af printsoftware, og send den til din 3D-printer. Det er afgørende at vælge den rigtige teknologi og det rigtige materiale – se næste afsnit for specifikke anbefalinger.

3D-printede dele kræver som regel en eller anden form for efterbehandling, såsom vask, afpudring, fjernelse af understøtninger, hærdning eller slibning. Delene kan derefter bruges direkte eller videreforarbejdes til specifikke anvendelser ved udjævning, maling, belægning osv.

4. Test og gentagelser

Når reservedelen er klar, kører du tests for at sikre, at den 3D-printede reservedel fungerer efter hensigten. Hvis testene afslører mangler, gør 3D-print det nemt at justere designet for at forbedre reservedelens ydeevne.

Dybden af disse tests bør afhænge af brugssituationen. For midlertidige reservedele er det tilstrækkeligt, hvis de kun fungerer efter hensigten i en begrænset periode. Producenter, der planlægger at bruge 3D-printede reservedele til at erstatte traditionelle dele, bør lade de nye dele gennemgå de samme testcyklusser som deres forgængere. Dette bør også tage højde for de særlige forhold ved 3D-printprocessen, såsom forskellen i styrke baseret på orientering.

Valg af den rigtige teknologi og det rigtige materiale til 3D-print af reservedele

3D-print har været brugt i årtier til prototyper og produktudvikling. Teknologien er nu moden og bruges også i vid udstrækning inden for produktion. I produktudviklingsprocessen bruger producenterne fleksibiliteten ved 3D-print til at producere internt værktøj som f.eks. jigs, fixturer og andre produktionsværktøjer. Men selv hurtige værktøjer som forme til sprøjtestøbning eller termoformning kan printes.

De seneste fremskridt inden for maskiner, materialer og software giver mulighed for at producere meget præcise, funktionelle 3D-print, der kan bruges som komponenter til slutbrug, herunder holdbare reservedele og udskiftningsdele.

3D-printere bruges mest til at producere plastikdele – 3D-metalprintere findes også, men de er betydeligt dyrere. Der findes mange forskellige typer 3D-printere. De mest almindelige processer til fremstilling af plastdele er: Fused Deposition Modelling (FDM), Stereolithography (SLA) og Selective Laser Sintering (SLS).

Her er en kort sammenligning af disse processer, tilgængelige materialer og ideelle anvendelser for reservedele:

Mens de fleste traditionelle fremstillingsprocesser kræver dyre industrielle maskiner, dedikerede faciliteter og dygtige operatører, muliggør 3D-print in-house produktion. Det kan gøres med små omkostninger og minimal infrastruktur. Kompakte stationære eller bordbaserede 3D-printsystemer til fremstilling af plastdele er overkommelige og kræver kun lidt plads og ingen særlige færdigheder.

Outsourcing kan være en mulighed for reservedele, der ikke er tidsfølsomme. Men det er ofte forbundet med de samme udfordringer som at have et lager af reservedele. Leveringstiden kan være flere uger, sammenlignet med mindre end 24 timer for de fleste 3D-printede dele. Det øger sandsynligheden for længere nedetid på maskinen og tabt produktivitet.

Digital produktion af reservedele

For producenter giver digitalisering af reservedelslagerstyring og produktion af reservedele mulighed for at eliminere nogle af de traditionelle udfordringer som forsyningskædeproblemer, minimumsordremængder og spild på grund af forældede dele.

Etablering af et digitalt lager er en omkostningseffektiv måde at reducere omkostningerne til lagerstyring på. Ved at kombinere dette system med et internt digitalt produktionsværktøj som 3D-printning understøttes on-demand-strategier, og producenterne kan reducere omkostninger og leveringstider, forbedre modstandsdygtigheden og reducere nedetid.

Det digitale lager eller reservedelslager bruges til at opbevare reservedelsdesign, systematisk klassificere dele, optimere styklister og styre lagerbeholdningen. 3D-printere og andre digitale produktionsværktøjer kan derefter bruges til at producere reservedele for at skabe et fysisk lager eller udskifte dele, når det er nødvendigt.

Casestudier: hvordan virksomheder bruger 3D-print til reservedele

Reservedele er en af de mest almindelige anvendelser af 3D-print. Lad os se på nogle eksempler fra det virkelige liv fra Formlabs’ kunder, fra 3D-printning af reservedele til bilindustrien til skræddersyede robotgribere.

Den prisvindende bilforretning Ringbrothers indførte SLA 3D-print som et prototypeværktøj til at gentage hurtigere og mere omkostningseffektivt. Siden de tog teknologien i brug, har de fundet måder at bruge 3D-print til at øge kvaliteten og kreativiteten i deres arbejde med dele til slutbrug, herunder reservedele til klassiske biler.

I et spejlprojekt brugte teamet 3D-printede dele som en del af den endelige samling; delen fungerede som en permanent samlingsplade, der var fastgjort i en kulstofskal, som yderligere dele blev boltet fast på. I et andet tilfælde brugte teamet et støbbart 3D-printet materiale til at skabe et metalemblem til et specialdesignet bilprojekt.

“Den næste detalje ville ikke have været mulig, hvis vi ikke havde kunnet 3D-printe voksen og få den støbt af [vores lokale guldsmed] selv,” siger Matt Moseman, specialist i produktudvikling.

Ashley Furniture, verdens største møbelproducent, integrerer nye teknologier i sine fabrikker, fra 3D-print til robotteknologi. På Ashley Furnitures fabriksgulv i Arcadia, Wisconsin, arbejder 700 3D-printede dele sammen med industrirobotter og CNC-fræsning, fra samling til fremstilling.

Ud over produktionsværktøjer er nogle af deres mest praktiske anvendelser reservedele til produktionsgulvet. Da en vakuumholderring til et punkt-til-punkt-bor ikke kunne købes separat, var den eneste mulighed at købe hele samlingen, hvilket var dyrt.

“Virksomheden ville ikke kun sælge ringen, vi var nødt til at købe hele pod’en for 700 euro,” siger produktionsingeniør Brian Konkel. “I stedet kunne vi 3D-scanne delen for at registrere geometrien og printe en erstatningsdel for 1 euro, så vi kunne holde vores boreudstyr kørende uden at skulle købe hele samlingen.”I stedet for at kbe en helt ny monteringspod til 700 dollars, 3D-printede virksomheden den del, der skulle udskiftes, for kun 1 dollar.

Productive Plastics er en førende kontraktproduktionsvirksomhed, der har specialiseret sig i produktion og design af specialfremstillede termoformede plastdele. De har seks produktionsceller, som gør det muligt at udføre flere projekter på samme tid. Hver celle er udstyret med en industriel dybtrækningsmaskine, en CNC-fræsemaskine, et monteringslokale og et computersystem til at organisere og kontrollere arbejdet.

Da køleventilatoren på en maskine brød sammen, var termoformeren simpelthen ubrugelig og lukkede en hel arbejdscelle ned. Teamet måtte forvente en leveringstid på seks til otte uger for at modtage en erstatningsdel fra deres leverandør. For at holde gulvet kørende, mens de ventede på reparationer, blev der 3D-printet en reservedel til ventilatoren.

De designede to iterationer af udskiftningshjulet i SolidWorks og printede dem derefter natten over på en Fuse 1 SLS 3D-printer med Nylon 12-pulver. SLS 3D-printningens selvbærende karakter muliggjorde et dobbeltsidet design med en central boring – uden at fjerne støtterne eller efterbehandle var løbehjulet straks klar til at passe ind i den eksisterende maskine.

3D SolidWorks-filen af udskiftningshjulets hætte

“Med mange andre printmetoder ville det have været svært at lave bagsiden af løbehjulet, især ribberne og centerboringen, som er sprøjtestøbte elementer. (…) En af grundene til, at vi valgte Fuse 1, er, at vi ikke behøver at bruge understøtninger. Denne del fremhæver virkelig Fuse 1’s evne til at printe komplekse geometrier,” siger Kyle Davidson, salgs- og marketingdirektør hos Productive Plastics.

Et nrbillede (til højre) og en forstørrelse (til venstre) af det 3D-printede løbehjul, som passer perfekt ind i den industrielle termoformede vakuumpumpe.

Impelleren virkede med det samme og fik cellen til at køre igen næste dag efter fejlen. Skovlhjulet fungerede efter hensigten, indtil teamet udskiftede det med leverandørens del omkring seks uger senere.

ij Productive Plastics varierer cyklustiden for en produktionscelle mellem 5 og 15 minutter, hvilket fører til en minimumsproduktionsmængde på 40 dele om dagen for en arbejdscelle. En maskinnedetid på 6 uger vil resultere i et tab på mere end 1.200 dele og 30.000 dollars – når omkostningerne pr. del i gennemsnit er 25 dollars.

Forskere ved AMRC Composites Centre undersøgte, hvordan man kunne automatisere flytning af kulfiberlag med høj nøjagtighed og hastighed ved hjælp af en pick-and-place-robot. Men efter lang tids brug begyndte de L-beslag, der holdt robottens trykluftgribere, at bøje omkring leddene, hvilket førte til fejl. Ved hjælp af 3D-print kunne forskerne hurtigt udvikle en ny løsning, en tilpasset fjederkomponent med et komplekst design, som ikke kunne fremstilles med traditionelle værktøjer.

“Jeg lavede fem iterationer af sættet med de seks gribere, som det kunne have taget 10-15 uger at bearbejde, og det var uden at lave forsøg,” siger Matthew Williams, kompositingeniøren, der arbejdede på projektet.

Ingeniørtjenesteudbyderen STS Technical Group brugte også SLA 3D-print til at erstatte generiske robotgribere med højtydende 3D-printede gribere. Teamet udviklede skræddersyede gribere til at flytte og placere brændstofinjektorer i et produktionsmiljø.

Ved at skifte fra stålbearbejdede gribere til 3D-printede polymergribere reducerede de risikoen for overfladeskader på blødere dele. Ved at gå fra en generel V-form til en geometri, der passer til brændstofinjektoren, forbedrede man desuden gribekontakten, hvilket gav større nøjagtighed og pålidelighed, og reducerede det nødvendige tryk i processen.

De generiske gribere, der oprindeligt blev monteret på den pneumatiske cylinder (øverst). Den pneumatiske cylinder; komplet med Rigid 4000 Resin 3D-printede gribere, der holder brændstofinjektoren (nedenfor).

Maskinbyggeren AM Tool and Design har opskaleret sin brug af 3D-print til at producere funktionelle dele som f.eks. inventar og forskellige komponenter til slutbrug. For eksempel, da en edderkopkobling til en af deres store poleringsmaskiner til linser ankom i den forkerte størrelse to dage før en stor messe, designede og 3D-printede maskiningeniør Ryan Little hurtigt en erstatningskobling i den rigtige størrelse på en SLA 3D-printer. Den printede kobling blev brugt til at drive en to-hestes motor på en slibemaskine.

Da en outsourcet edderkoppekobling til en linsepoleringsmaskine ankom i den forkerte størrelse, 3D-printede A&M Tool and Design en erstatning i Durable Resin for at få en hurtig løsning forud for en stor messe.

Er 3D-print af reservedele lovligt?

I princippet, ja, men det afhænger af den konkrete sag.

Reverse engineering er dybest set lovligt. Producenter kan vælge at 3D-printe reservedele ved hjælp af deres egne designs uden at overtræde lovgivningen om forretningshemmeligheder.

Hvis en producent ønsker at 3D-printe reservedele til kommercielle formål, kan han blive holdt ansvarlig i henhold til gældende lovgivning. Den kan også være forpligtet i henhold til sine kontrakter til at levere design eller varer, der opfylder visse sikkerheds- og kvalitetskrav.

En omfattende undersøgelse fra den britiske regering om de juridiske krav og forpligtelser i forbindelse med 3D-printning af reservedele giver et glimrende indblik i processens lovlighed. Studiet undersøgte produktionen af både reservedele og udskiftningsdele sammen med juridiske krav på hvert trin i produktionscyklussen i USA, Storbritannien, EU, Canada, Japan og Kina.

Kom godt i gang med 3D-print af udskiftnings- og reservedele

At 3D-printe reservedele selv er en billig, hurtig og effektiv måde at undgå nedetid og tabt produktivitet på.

Formlabs tilbyder avancerede SLA og SLS 3D-printere og industrielle materialer til produktion af reservedele og udskiftningsdele. Se alle 3D-printere på vores hjemmeside, eller kontakt vores 3D-printspecialist for at diskutere, hvordan du skaber et ideelt workflow.