John Crane成立于100多年前，是轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備解決方案的全球領(lǐng)導(dǎo)者。該公司設(shè)計(jì)并制造多類(lèi)產(chǎn)品，包括機(jī)械密封件、機(jī)械系統(tǒng)、連接件、過(guò)濾系統(tǒng)和預(yù)測(cè)性數(shù)字監(jiān)控技術(shù)。John Crane在歐洲的研發(fā)場(chǎng)所之一位于英國(guó)斯勞，團(tuán)隊(duì)在那里負(fù)責(zé)產(chǎn)品制造、測(cè)試、保養(yǎng)和維修等活動(dòng)。
對(duì)于John Crane公司所提供的服務(wù)，增材制造技術(shù)正扮演著越來(lái)越重要的角色。
2018年11月，公司在斯勞組建了一支全新的先進(jìn)制造團(tuán)隊(duì)。該團(tuán)隊(duì)不僅使用3D打印技術(shù)制造模具來(lái)幫助車(chē)間人員開(kāi)展生產(chǎn)作業(yè)，他們還生產(chǎn)低成本定制化的夾具治具來(lái)協(xié)助研發(fā)團(tuán)隊(duì)快速測(cè)試新的設(shè)計(jì)理念和制造工藝。
John Crane的斯勞分部使用的Fortus 450mc 3D打印機(jī)
使用FDM增材制造技術(shù)
應(yīng)對(duì)傳統(tǒng)制造所面臨的挑戰(zhàn)
John Crane的團(tuán)隊(duì)需要克服傳統(tǒng)零部件生產(chǎn)的挑戰(zhàn)，評(píng)估出可以節(jié)約的時(shí)間和成本。
在測(cè)試了多項(xiàng)技術(shù)后，他們聯(lián)系了Stratasys當(dāng)?shù)氐暮献骰锇镾YS Systems，購(gòu)買(mǎi)了一臺(tái)Stratasys Fortus 450mc? 3D打印機(jī)。促使這一決定的關(guān)鍵在于Stratasys提供的一系列工程級(jí)材料，尤其是FDM? Nylon 12CF。
這是一種包含35%短切碳纖維的高級(jí)3D打印復(fù)合材料。該材料不僅在性能上能媲美傳統(tǒng)制造零件，還能讓John Crane將3D打印生產(chǎn)能力延伸到新的應(yīng)用上，并將此作為日常運(yùn)作的一部分。
John Crane全球運(yùn)營(yíng)先進(jìn)制造項(xiàng)目經(jīng)理Liam Johnston說(shuō)道：“我們之所以決定投資Fortus 450mc，是因?yàn)樗軌蛲昝捞娲鶦NC加工的昂貴金屬零件。新技術(shù)的加持對(duì)我們的生產(chǎn)工藝立刻產(chǎn)生了積極的影響。使用FDM Nylon 12CF，我們能夠3D打印出性能接近CNC加工品的零件。相比傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式，我們節(jié)省了大量時(shí)間和成本。這個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用還為我們贏得了最終用戶(hù)對(duì)材料和打印機(jī)性能的信任。同時(shí)，還提高了運(yùn)營(yíng)團(tuán)隊(duì)對(duì)3D打印的認(rèn)知，現(xiàn)在他們常常會(huì)帶著新3D打印需求來(lái)找我們團(tuán)隊(duì)。”
在增材制造團(tuán)隊(duì)為一個(gè)旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)和生產(chǎn)葉輪罩殼時(shí)，這些優(yōu)點(diǎn)得到了盡數(shù)體現(xiàn)。這個(gè)裝置的原理是利用氣流來(lái)高速旋轉(zhuǎn)密封部件，以驗(yàn)證該部件是否能承受運(yùn)作期間出現(xiàn)的高壓。然而，部分部件需要的速度超出當(dāng)前裝置的能力。因此，公司不得不將這類(lèi)部件寄給分包商進(jìn)行旋轉(zhuǎn)測(cè)試，導(dǎo)致成本增加、交付周期延長(zhǎng)。
John Crane團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并3D打印出新的罩殼，最終成功克服這些難題。新罩殼改善了葉輪周?chē)目諝饬鲃?dòng)，從而提高了內(nèi)部裝置的旋轉(zhuǎn)速度。Johnston表示，團(tuán)隊(duì)在一周的時(shí)間內(nèi)完成了創(chuàng)建、制造和兩次設(shè)計(jì)迭代測(cè)試，相比將任務(wù)分包，時(shí)間明顯縮短。
使用Fortus 450mc 3D打印機(jī)制作的葉輪罩殼設(shè)計(jì)迭代之一
Johnston解釋道：“內(nèi)部的形狀和流量分布很難用傳統(tǒng)機(jī)加工的方式制作，而且成本較高。然而，單次3D打印的零件就能取代22件機(jī)加工金屬部件組件，制作成本可以降低大約98%。升級(jí)后的裝置可用于測(cè)試所有密封部件，相比由分包商進(jìn)行旋轉(zhuǎn)測(cè)試，能降低65%的測(cè)試成本并縮短3周的交付周期。這對(duì)我們的業(yè)務(wù)而言是一項(xiàng)重大突破?！?/FONT>
此外，增材制造技術(shù)幫助John Crane實(shí)現(xiàn)對(duì)積極健康和安全文化的承諾。團(tuán)隊(duì)3D打印了碳密封部件的復(fù)制品，以供員工練習(xí)裝配密封組件。這些復(fù)制品更輕，在部件損壞時(shí)沒(méi)有碳分裂的風(fēng)險(xiǎn)，因此使用更安全。此外，還為設(shè)備和模具定制防護(hù)裝置，幫助John Crane快速解決了一系列潛在的安全隱患。
鉗口加工配件是3D打印節(jié)省大量時(shí)間和成本的另一個(gè)例子。由于John Crane總是需要小批量生產(chǎn)一系列產(chǎn)品，這會(huì)在CNC加工中心內(nèi)造成大量停機(jī)時(shí)間。
因?yàn)檫@類(lèi)生產(chǎn)需要更換金屬夾鉗，以匹配加工零件的直徑。此類(lèi)金屬夾鉗和一些CNC模具會(huì)占據(jù)寶貴的存儲(chǔ)空間，并且并非總是有貨，因此需要耗費(fèi)額外的時(shí)間來(lái)訂購(gòu)、運(yùn)送并加工新模具來(lái)滿(mǎn)足要求。
為解決這些問(wèn)題，團(tuán)隊(duì)用FDM Nylon 12CF材料3D打印了可互換的夾持嵌件和對(duì)位套筒，支持新設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)卡盤(pán)爪?，F(xiàn)在，每次換班前都能打印出多個(gè)設(shè)計(jì)的夾鉗配件，以匹配待加工零件的輪廓和尺寸。
“這些新打印的工件夾具能將機(jī)器的平均設(shè)置時(shí)間減少80%，并釋放多余的CNC產(chǎn)能，用以加工金屬夾鉗。由于訂購(gòu)和運(yùn)送新夾鉗而產(chǎn)生的無(wú)形成本和交期延誤問(wèn)題，如今都得到了解決。對(duì)于大多數(shù)的模具應(yīng)用，Nylon 12CF在打印件強(qiáng)度、制作成本和表面光潔度方面幫助我們?nèi)〉昧俗罴研Ч！薄狶iam Johnston John Crane全球運(yùn)營(yíng)的先進(jìn)制造項(xiàng)目經(jīng)理
暢想未來(lái)
隨著John Crane企業(yè)內(nèi)部對(duì)增材制造越來(lái)越多的認(rèn)同，Johnston認(rèn)為，下一步自然是利用3D打印技術(shù)來(lái)制作終端零件。
“我們?cè)诖蟛糠稚a(chǎn)工作中使用了Fortus 450mc，這使我們能夠更好地認(rèn)識(shí)增材制造在替代生產(chǎn)零件和模具方面的巨大潛力，我們?cè)谲?chē)間使用工業(yè)級(jí)FDM打印機(jī)，這樣我們便可以向車(chē)間操作人員和管理人員展示這項(xiàng)技術(shù)的能力，讓流程所涉及的團(tuán)隊(duì)成員都能掌握相關(guān)知識(shí)。這自然也會(huì)引導(dǎo)我們?nèi)ヌ剿魅绾芜M(jìn)一步優(yōu)化這項(xiàng)技術(shù)來(lái)生產(chǎn)終端零件，我們能看到3D打印在小批量生產(chǎn)應(yīng)用上的真正潛能。”——Liam Johnston John Crane全球運(yùn)營(yíng)的先進(jìn)制造項(xiàng)目經(jīng)理
（轉(zhuǎn)載）
