John Deere、より効率的なエンジン部品の 3D プリントに切り替える

John Deere の新しい 6R シリーズ トラクターは、3D プリントされた燃料バルブを備えています。

ドイツのマンハイムの製造ラインから出荷される新しい John Deere トラクターには、同社にとって初めてとなる金属 3D プリントされたエンジン部品が搭載されています。

農業および芝生機器の世界的メーカーであるこの企業は 3D プリントに精通しており、20 年以上にわたり 3D プリントを使用して、世界中の工場で何千ものプロトタイプ、ツール、治具、備品を作成してきました。 しかし、トラクターの燃料システムにある 3D プリントされたステンレス鋼のバルブは新しい方向性であり、同社がスマート産業戦略と呼ぶものの一部です。

2020 年に設立された John Deere は、生産システム、そのテクノロジー スタック、ライフサイクル ソリューションという 3 つの重点分野で新しいテクノロジーを迅速に統合するというビジョンを発表しました。

3D プリンティングはこのビジョンの一部であり、このバルブはその最初の成果の 1 つです。 従来の方法で製造された場合よりも効率的です。 約 50% 安くなり、使用する材料が少なくなり、大幅に小型化されました。 しかし、これは John Deere がこの部品を 3D プリントすることを選んだ理由のほんの表面をなぞっただけです。

John Deere は、新しい 6R および 6M シリーズ ...[+] トラクター用に数千個のサーマル ダイバーター バルブを 3D プリントしました。

多くの 3D プリント部品の最初の製品

John Deere 6R および 6M トラクターの最新バージョンに搭載された新しいサーマル ダイバーター バルブは、ますます入手しやすくなっている金属 3D プリンティング技術の革新的な応用であるだけでなく、約 2 年間にわたる研究開発の集大成です。

それは、John Deere トラクターが寒い環境でも確実に動作するようにするという課題から始まりました。 エンジニアたちは、エンジンの性能に影響を与えることなく燃料の温度を維持できるバルブを開発する任務を負っていました。

「まず、その部品に何をさせたいかということから始めます」とジョンディアの中小型トラクターのエンジニアリングディレクターであるウド・シェフは言います。プロトタイプモデルのデジタルデザインに落とし込みます。」

燃料を最も効率よく流す理想的なプロトタイプ モデルは、丸みを帯びた滑らかな内部チャネルを備えていました。 シェフ氏によれば、この機能は 3D プリントでのみ作成可能です。

「流体力学では、交差する 2 つのドリル穴がある場合、機械加工ツールを使用すると常に鋭い角が得られます。3D プリントでは、丸い角を持つことができます。これが、最適化をさらに一歩進めた要素です。バルブ。"

部品が期待どおりに機能するかどうかをテストするために、John Deere のエンジニアは、金属部品および材料のデジタル メーカーであるドイツの GKN Additive (Forecast 3D) の積層造形スタッフと協力して、金属 3D プリンティング用の燃料バルブの設計をさらに最適化しました。 。 GKN は、HP HPQ の新しい金属 3D プリンタである Metal Jet S100 ソリューションを使用して、試作バルブをスチールで印刷しました。 このプリンターは、バインダー ジェッティングと呼ばれる金属 3D 印刷技術の 1 つ (いくつかあります) を使用しています。この技術では、金属粉末が結合剤の層を重ねて接合され、部品が形成され、工業用オーブンで焼結されます。 その後、部品を加工して組み立てます。

John Deere のドイツ、マンハイム工場の設計エンジニア。

サーマルダイバーターバルブは、機械加工またはインベストメント鋳造金属と同等の必要なパイプ品質を確保するために、厳格なテストを受けました。 部品の実地テストも成功しました。

「つまり、ここが材料特性やその他の要件を満たすためにこの部品をどのように製造するかを決定しなければならない点でした」とシェフ氏は言いますが、この部品の厳しい納期や工具のコストも考慮する必要がありました。そしてその部品が組み立てワークフローにどのように適合するか。

「そのとき、この 3D プリント部品がテストで機能し、積層造形がコスト効率に優れているのであれば、本番環境でも同様に機能すると判断しました」とシェフは言います。

最終製品部品に使用されるのと同じ材料と方法でプロトタイプを作成することで、エンジニアはパフォーマンスをより確実に保証できます。 「他の金属 3D 印刷プロセスよりもはるかに高速なため、HP のメタル ジェット プロセスを選択しました」と、John Deere のグローバル デジタル エンジニアリング マネージャーである Jochen Müller 氏は付け加えます。 「私たちは、より効率的で信頼性が高く持続可能な機器を提供する機会を見出しており、HP はそのための完璧なソリューションを提供してくれました。」

新しい 3D プリントされた John Deere トラクター サーマル ダイバーター バルブは、燃料温度を一定に保ちます。

生産量での金属 3D プリント

現在、4,000 個を超えるバルブが GKN からジョンディアのトラクター工場に出荷され、鍛造やフライス加工よりも安い部品あたりの価格で最終組み立てが行われています。 この 3D プリント部品を搭載したトラクターは、文字通りすでに現場に登場しています。

ミュラー氏は、従来の方法を使用する代わりにこの特定の部品を 3D プリントすることのもう 1 つの利点は、製造プロセスの敏捷性が高まることだと述べています。 3D プリントには金型や工具が必要ないため、部品のプロトタイプをより速く、より安価に作成でき、設計プロセスが加速されました。 デザインはいつでも調整および改善できます。 さらに、交換部品に関しては、常備在庫は必要ありません。 この値のデジタル ファイルは、HP Metal Jet テクノロジを備えたサードパーティ メーカーに送信でき、比較的ローカルで迅速に作成できます。

現在および従来の John Deer 機器の修理部品とスペア部品の完全なデジタル在庫はまだ遠い将来のプロジェクトですが、同社はすでに潜在的な利点を認識しています。

「当社には、3D プリンティングに非常に興味を持っている大規模なスペアパーツ組織があります」とミュラー氏は言います。 同社はすでに、どのスペアパーツをどれだけの量で 3D プリント可能なデジタル ファイルに変換できるかを検討しており、これにより倉庫保管が不要になります。 「通常、当社のスペアパーツの在庫は約 20 年分、場合によってはそれ以上の期間ありますが、利用可能な在庫をどうするか、在庫がなくなった場合にどのように補充するかを予測するのは非常に困難です。」

ミュラー氏は、オンデマンドでスペアパーツを 3D プリントするだけでなく、John Deere が磨耗または破損した部品を分析し、個々のユースケースに合わせて強化されたカスタムパーツを 3D プリントできる未来を思い描いています。

ドイツのマンハイムにある John Deere トラクター組立工場。

プロトタイピングによって証明された 3D プリント

John Deere は、多くの製造会社や自動車会社と同様に、エンジニアリング ラボで部品や車両コンセプトのポリマー設計プロトタイプを使用して 3D プリンティングを開始しました。

同社は、設計段階において、既存の部品を扱い、適合させ、比較するための物理モデルが非常に貴重であることをすぐに認識しました。 「組立ラインの担当者は、コンセプト部品が製造の観点から実現可能かどうかを確認できます」とシェフは指摘します。

これらのプロトタイプは、John Deere が 2000 年に 3D プリントを開始する前に使用されていた技術の 1 つである木材の機械加工や彫刻よりも効率的かつ大幅に高速です。

「当社の内部 3D プリンティング機能により、デザイナーは開発プロセスの非常に早い段階でアイデアを簡単にテストし、コンセプトを検証することができます」とミュラー氏は付け加えます。 「これは『早期失敗』タイプの考え方です。私たちは、すべてのコンセプトを物理モデルとして現場​​に持ち込み、適切なコンセプトを導き出すために多様なグループを集めたいと考えています。したがって、3D プリンティングと積層造形は、一般的に私たちに力を与えてくれます。」それをするために。」

熱方向転換バルブは、多くの 3D プリントされたトラクター部品の最初の製品にすぎません。

John Deere の 3D プリント部品はデジタル モデルから始まります。

3D プリント工場の治具とツール

3D プリンターは世界中のほぼすべての John Deere 工場に設置されており、24 時間年中無休で備品や工場工具を大量生産しています。 シェフ氏は、3D プリンティングですべてを置き換えることはできないため、依然として伝統的な製造が行われているが、独特の輪郭を持つ部品や特殊な工具に関しては、3D プリンティングが最適な方法であると述べています。

工場の備品はほとんどの場合、工場ラインに固有のものであり、少量の機械加工にはコストがかかります。 これらの部品の 3D プリントを容易にするために、John Deere はさまざまな場所にさまざまなプリンター技術を備えた 3D プリンターのグローバル ネットワークを確立し、大規模な工場が小規模な工場のニーズに応えます。

John Deere の各工場では、最も効率的な製造プロセスを見つける任務を負う製造エンジニアリング部門が新しいツールを提案し、付加技術と従来の技術のどちらで製造するのが最適かを判断します。 その後、ミュラー氏のデジタル エンジニアリング グループがデジタル モデルを開発し、3D プリントのために工場に送り返されるか、地元の 3D プリント サービスに委託されます。

プロトタイプから最終コンポーネント、ツール、スペアパーツに至るまで、3D プリンティングは、よりデジタルで機敏な組織を目指す John Deere の主要な資産の 1 つであるとミュラー氏は述べています。 これにより、エンジニアは部品のラピッドプロトタイピングを通じて、アイデアから物理的な部品までのコンセプトをより迅速に開発できるようになり、最新のプロジェクトでは、より効率的なエンジン部品をより迅速かつ安価に市場に投入できるようになりました。