Jak czas{{0}przetwarzania końcowego wpływa na ogólny cykl dostaw metalowych części samochodowych drukowanych w 3D?

Dla każdego, kto w motoryzacyjnym łańcuchu dostaw zajmuje się drukowaniem 3D metalowych części samochodowych, ten scenariusz natychmiast będzie rezonował. Obietnica wytwarzania przyrostowego - szybszej iteracji projektu, krótszego czasu realizacji oprzyrządowania i-produkcji na żądanie złożonej geometrii - jest realna i-dobrze udokumentowana. Jednak cykl dostaw, którego doświadczają klienci, to nie tylko cykl drukowania. Jest to cykl drukowania plus usuwanie podpór, obróbka cieplna, wykończenie powierzchni, kontrola i wszelkie poprawki spowodowane marginalnymi wynikami. W wielu programach ta druga połowa jest dłuższa niż pierwsza.

W tym artykule dokładnie zbadano, w jaki sposób-przetwarzanie końcowe wpływa na całkowity czas cyklu dostawy metalowych części samochodowych drukowanych w 3D, identyfikuje etapy, na których najczęściej traci się czas, a także opiera się na opublikowanych badaniach branżowych i danych produkcyjnych firmy Sunhingstones, aby wyjaśnić, jak dobrze-zaprojektowany przepływ pracy-po obróbce wygląda w praktyce. Zrozumienie tej zależności nie jest zadaniem akademickim: w łańcuchach dostaw branży motoryzacyjnej, w których przekroczenie terminu dostawy może skutkować karami za przestoje linii, różnicę między dziesięciodniowym a dziewiętnastodniowym czasem realizacji zamówienia mierzy się konsekwencjami umownymi.

Anatomia cyklu dostaw druku 3D z metalu

Całkowity cykl dostawy metalowych części samochodowych drukowanych 3D składa się z pięciu kolejnych faz. Każda faza ma nominalny czas trwania, który odzwierciedla-najlepsze wykonanie przypadku, oraz realistyczny czas trwania, który odzwierciedla zmienność, kolejkowanie i poprawki występujące w praktyce. Różnica między tymi dwiema liczbami dotyczy tego, czy wydajność dostaw zostanie wygrana, czy stracona.

Faza 1: Przygotowanie i planowanie budowy

Przed stopieniem pojedynczej warstwy części muszą zostać zorientowane i zagnieżdżone w komorze roboczej, należy wygenerować i sprawdzić konstrukcje wsporcze, a budowę należy zaplanować w oparciu o dostępną wydajność maszyny. W przypadku części pojazdów drukowanych metodą SLM w 3D przygotowanie konstrukcji zajmuje zwykle od czterech do ośmiu godzin pracy inżynierskiej. Harmonogram zależy od dostępności maszyny: kompilacja, której nie można rozpocząć natychmiast, trafia do kolejki, co w-obiektach o dużym wykorzystaniu może wydłużyć całkowity cykl o dwa do pięciu dni.

Badanie porównawcze przeprowadzone w 2022 r. przez Instytut Technologii Laserowej im. Fraunhofera (Fraunhofer ILT) wykazało, że planowanie i przygotowanie do budowy stanowią średnio 18% całkowitego czasu cyklu dostaw w 42 objętych badaniem programach wytwarzania przyrostowego w branży motoryzacyjnej -, a odsetek ten wzrósł do 28% w zakładach, w których wykorzystanie maszyn przekracza 85%. Konsekwencją tego jest to, że wykorzystanie maszyny, choć pożądane z komercyjnego punktu widzenia, kompresuje bufor planowania i zwiększa zmienność czasu cyklu.

Faza 2: Sama konstrukcja

Budowa SLM to faza najbardziej widoczna dla klientów i najczęściej cytowana w ofertach dostawców. Czas budowy metalowych części samochodowych drukowanych w 3D zależy od objętości części, liczby warstw i liczby części zagnieżdżonych w jednej kompilacji. Reprezentatywny wspornik lub element obudowy z aluminium AlSi10Mg przy grubości warstwy 30–60 μm zwykle buduje się w ciągu 8–24 godzin. Elementy ze stali konstrukcyjnej lub tytanu przy mniejszych grubościach warstw mogą zająć 24–60 godzin lub dłużej.

Co najważniejsze, czas kompilacji jest najbardziej przewidywalnym elementem cyklu dostaw. Czas trwania kompilacji SLM jest deterministyczny po przygotowaniu pliku kompilacji: nie zmienia się w zależności od dostępności operatora, harmonogramu pracy pieca ani wyników inspekcji. Ta przewidywalność zapewnia dostawcom dokładne dane na temat fazy kompilacji - i zwykle powoduje, że niedoszacowują całkowity czas cyklu, ponieważ fazy po-kompilacji są znacznie mniej przewidywalne.

Faza 3:-Przetwarzanie końcowe

Przetwarzanie końcowe-to faza o największej zmienności i, w większości programów, o najdłuższym łącznym czasie trwania. W przypadku części pojazdów drukowanych w 3D metodą SLM-przetwarzanie końcowe zazwyczaj obejmuje:

Budowanie czasu odnowienia i usuwania puchu:2–8 godzin, w zależności od wielkości części i szybkości chłodzenia komory. Nie można przyspieszać bez ryzyka odkształcenia termicznego lub utlenienia stopów reaktywnych.

Obróbka cieplna odprężająca:4–12 godzin cyklu plus czas oczekiwania w kolejce na dostępność pieca. W obiektach wyposażonych w jeden wspólny piec czas oczekiwania w kolejce może wydłużyć się o dwa do czterech dni.

Drut EDM lub ręczne usuwanie podpór:30 minut do 8 godzin na część, w dużym stopniu zależnych od geometrii podpory i umiejętności operatora. Najbardziej zmienny i zależny od pracy-etap sekwencji.

Wykańczanie powierzchni (śrutowanie, obróbka skrawaniem lub elektropolerowanie):1–4 godziny na część w przypadku typowych komponentów motoryzacyjnych, dłużej w przypadku części z kanałami wewnętrznymi lub złożonymi profilami zewnętrznymi.

Kontrola wymiarowa (CMM):1–3 godziny na część plus czas oczekiwania w kolejce na dostępność maszyny współrzędnościowej. Jeśli wyniki są marginalne, ponowny-pomiar i ocena dyspozycji wydłużają czas.

W badaniu z 2023 r. opublikowanym w czasopiśmie International Journal of Production Research przeanalizowano dane dotyczące cykli dostaw z 31 programów wytwarzania przyrostowego w branży motoryzacyjnej i stwierdzono, że-przetwarzanie końcowe stanowiło średnio 58% całkowitego czasu cyklu dostaw. W programach, których cykl kompilacji trwał 24 godziny lub mniej, udział-przetwarzania końcowego przekraczał 70%. W badaniu zidentyfikowano czas oczekiwania w piecu i usuwanie podpór jako dwa największe indywidualne czynniki wpływające na około 35% całkowitego czasu cyklu w przeciętnym programie.

Faza 4: Kontrola jakości i dokumentacja

Kontrola wymiarowa i dokumentacja jakościowa są często traktowane jako ostatni etap-przetwarzania końcowego, ale zasługują na osobne rozpatrzenie, ponieważ są fazą, w której najprawdopodobniej powstają pętle poprawek. Część, która nie przejdzie kontroli CMM na koniec-dniowego cyklu, nie tylko pochłania dodatkową godzinę:-wchodzi ponownie do kolejki-przetwarzania końcowego na dowolnym etapie wymaganym do usunięcia-niezgodności, potencjalnie wydłużając całkowity cykl o kilka dni.

Dlametalowe części samochodowe do druku 3Ddostarczane klientom z branży motoryzacyjnej podlegającym regulacjom IATF 16949-, wymagania dotyczące dokumentacji jakościowej są znaczne: raporty wymiarowe, certyfikaty materiałowe, zapisy procesu dla każdego etapu-przetwarzania końcowego oraz identyfikowalność łącząca każdą część z dokumentacją jej budowy i partii. Montaż pakietu dokumentacji po fakcie - w przeciwieństwie do rejestrowania go w czasie rzeczywistym podczas produkcji może wydłużyć cykl o jeden lub dwa dni, nawet jeśli wszystkie części są zgodne.

Faza 5: Pakowanie, logistyka i odbiór przez klienta

Ostatnia faza jest najkrótsza, ale najmniej kontrolowalna: czas transportu od dostawcy do zakładu klienta. W przypadku programów motoryzacyjnych, w których wymagane są-dostawy-na czas, niezawodność transportu jest równie ważna jak prędkość transportu. Część wysyłana w 12. dniu 14-dniowego zobowiązania dotyczącego czasu realizacji nie ma marginesu na wyjątek logistyczny.

Cztery etapy-przetwarzania końcowego, które najczęściej wydłużają cykle dostawy

Czas kolejki do obróbki cieplnej

Ze wszystkich etapów-przetwarzania końcowego, czas oczekiwania w kolejce do obróbki cieplnej jest najczęściej niedoceniany w planowaniu cyklu dostaw. Wyżarzanie odprężające nie jest opcjonalne w przypadku części pojazdów drukowanych metodą SLM w 3D: naprężenia szczątkowe w-budowanych komponentach aluminiowych i stalowych SLM mogą osiągnąć granicę plastyczności materiału lub ją przekroczyć, powodując odkształcenie lub przedwczesne uszkodzenie zmęczeniowe, jeśli nie zostanie poddane obróbce. Sam zabieg trwa od czterech do dwunastu godzin. Jednak w zakładzie, w którym jeden piec obsługuje wiele programów, kolejka przed jakimkolwiek konkretnym projektem może trwać dni, a nie godziny.

Badania przeprowadzone przez Centrum Technologii Produkcji (MTC, Wielka Brytania) opublikowane w 2022 r. wykazały, że zmienność harmonogramu obróbki cieplnej była największym pojedynczym czynnikiem wpływającym na nieprzewidywalność czasu cyklu dostaw w programach wytwarzania przyrostowego, przy współczynniku zmienności (CV) wynoszącym 0.68 -, co oznacza, że ​​rzeczywisty czas oczekiwania w piecu różnił się o 68% od średniej w praktyce. Dla porównania, CV czasu trwania kompilacji wyniosło 0,09. Innymi słowy, budowa jest prawie dziewięć razy bardziej przewidywalna niż kolejka w piecu.

Rozwiązaniem nie jest szybsza obróbka cieplna. - czasy cykli zależą od metalurgii, a nie preferencji wydajności. Rozwiązaniem jest dedykowane planowanie pieca dla programów cyklicznych, agregacja partii między programami w celu maksymalizacji wykorzystania pieca w każdym cyklu oraz widoczność wydajności pieca w czasie rzeczywistym, dzięki czemu kierownicy programów mogą wyceniać cykle dostaw w oparciu o rzeczywistą, a nie zakładaną dostępność pieca.

Zmienność usuwania wsparcia

Demontaż konstrukcji wsporczej dlaDrukowanie części pojazdów SLM w 3Dto etap-najbardziej zależny od operatora w sekwencji-przetwarzania końcowego i najbardziej wrażliwy na geometrię części. Usunięcie podpór dostępnych za pomocą standardowych narzędzi zajmuje kilka minut. Podpory w ograniczonych przestrzeniach, na cienkich ścianach lub w kanałach wewnętrznych mogą wymagać specjalistycznego oprzyrządowania, długotrwałej pracy ręcznej, a nawet cięcia elektroerozyjnego -, które zajmuje wiele godzin, a nie minut i stwarza ryzyko uszkodzenia powierzchni części.

Badanie przeprowadzone przez firmę EOS GmbH i Politechnikę w Monachium (2021) wykazało, że czas usuwania podpór w przypadku zespołów wsporników samochodowych SLM różnił się 3,8-krotnie w przypadku najszybszych i najwolniejszych operatorów wykonujących tę samą operację. Ta zmienność przekłada się bezpośrednio na nieprzewidywalność cyklu dostaw: część, której pozbycie się u jednego operatora zajmuje 45 minut, u innego zajmuje prawie trzy godziny, a żadna z tych wartości nie jest przekazywana klientowi w pierwotnej wycenie czasu realizacji.

Podstawowym środkiem łagodzącym jest projektowanie-na potrzeby-wytwarzania przyrostowego- (DfAM). Części przeprojektowane ze zminimalizowaną objętością podpór,-samonośnymi zwisami i dostępnymi punktami mocowania podpór, konsekwentnie wykazują skrócenie czasu usuwania podpór o 30–50%, jak wynika z doświadczeń produkcyjnych firmy Sunhingstones. W przypadku powtarzających się programów motoryzacyjnych Sunhingstones przeprowadza przegląd DfAM wszystkich nowych projektów części przed kwalifikacją produkcyjną, koncentrując się szczególnie na wydajności usuwania podpór i optymalizacji geometrycznej.

Wydajność kontroli CMM

Kontrola współrzędnościowej maszyny pomiarowej (CMM) to brama jakości, którą musi przejść każda metalowa część samochodowa wydrukowana w 3D przed wysyłką. W przypadku programów o wąskich tolerancjach wielu krytycznych wymiarów - typowych dla konstrukcyjnych komponentów samochodowych - pomiar CMM pojedynczej części może zająć od jednej do dwóch godzin, łącznie z mocowaniem, pomiarami i wygenerowaniem raportu. W obiekcie z jedną maszyną współrzędnościową i wieloma współbieżnymi programami kolejka inspekcji może wydłużyć cykle dostaw o pełny dzień roboczy lub więcej.

Skalowalnym rozwiązaniem jest statystyczne sterowanie procesem (SPC). Gdy proces produkcyjny wykaże stałą zdolność -, zwykle potwierdzoną przez Cpk większe lub równe 1,33 w wymiarach krytycznych w badaniu zdolności obejmującym 30 lub więcej części, - 100% inspekcji CMM można zastąpić inspekcją-opartą na pobieraniu próbek z monitorowaniem SPC. W artykule opublikowanym w 2022 r. w czasopiśmie Journal of Manufacturing Systems stwierdzono, że przejście ze 100% kontroli CMM na pobieranie próbek w oparciu o SPC-skróciło czas trwania cyklu kontroli o 64% w powtarzalnym programie wytwarzania przyrostowego w branży motoryzacyjnej, bez wzrostu liczby wycieków w terenie.

Pętle przeróbek i-ponownych inspekcji

Przeróbka to tryb awarii po-przetworzeniu, który ma największy wpływ na czas cyklu dostawy, ponieważ jest nieliniowy: część wymagająca przeróbki nie tylko traci czas potrzebny do wykonania przeróbki, - traci swoją pozycję w każdej kolejce dalszych etapów (piec, maszyna współrzędnościowa, wykańczanie) i musi-wprowadzić je ponownie, często na końcu. Przeróbka, która zajmuje cztery godziny rzeczywistej pracy, może wydłużyć cykl dostawy o cztery do ośmiu dni, jeśli spowoduje{{4}ponowne ustawienie w kolejce w ograniczonej placówce.

Najskuteczniejszym środkiem łagodzącym jest kontrola procesu na etapie poprzedzającym: zapewnienie, że parametry kompilacji, projekt podpory i cykl obróbki cieplnej są odpowiednio sprawdzone przed rozpoczęciem produkcji, dzięki czemu przypadki przeróbek są rzadkie. W przypadku części pojazdów drukowanych metodą SLM w 3D firma Sunhingstones jako kryterium gotowości produkcyjnej stawia sobie-wydajność przy pierwszym przejściu na poziomie 97% lub więcej. Programy, które nie mogą wykazać tej wydajności w kwalifikacjach, nie są dopuszczane do produkcji seryjnej, niezależnie od jakości druku, ponieważ ryzyko przeróbek stanowi niedopuszczalne narażenie w cyklu dostaw.

Studium przypadku: Skrócenie czasu cyklu dostaw części pojazdów do druku 3D metodą SLM w firmie Sunhingstones

W połowie-2023 roku niemiecki dostawca Tier 1 z branży motoryzacyjnej zatrudnił firmę Sunhingstones do wyprodukowania serii prototypów wsporników zawieszenia z aluminium AlSi10Mg, a następnie przejścia programu do produkcji seryjnej w ilości 120 sztuk miesięcznie. Początkowy cykl dostawy prototypu wynosił 18 dni -, co klient zaakceptował do opracowania, ale stwierdził, że jest to nie do zaakceptowania z komercyjnego punktu widzenia w przypadku dostaw seryjnych, gdzie linia montażowa wymaga maksymalnie 10-dniowego cyklu od zamówienia do odbioru.

Analiza czasu cyklu

Zespół inżynierów produkcji firmy Sunhingstones przeprowadził szczegółowy rozkład czasu cyklu w programie prototypowym, mierząc czas, jaki upłynął w każdej fazie:

Przygotowanie kompilacji i planowanie: 1,5 dnia (w tym 1-dniowy czas oczekiwania w kolejce na maszynę)

Wersja SLM: 1,2 dnia (28 godzin przy grubości warstwy 40 μm)

Czas odnowienia i odpudrowania: 0,4 dnia

Obróbka cieplna (łącznie z kolejką pieca): 3,1 dnia (cykl 0,5 dnia, kolejka 2,6 dnia)

Usuwanie wsparcia: 1,8 dnia (ręczne, zmienne)

Obróbka CNC powierzchni stykowych: 1,2 dnia

Śrutowanie: 0,3 dnia

Inspekcja i raport CMM: 1,4 dnia (w tym jeden ponowny-pomiar)

Montaż dokumentacji i przygotowanie do wysyłki: 0,8 dnia

Łącznie: 11,7 dni po-przetworzeniu, które upłynęło z 18,0 dni ogółem - 65% cyklu. Sama kolejka pieca stanowiła 14% całkowitego czasu cyklu.

Działania usprawniające

Z analizy wynika, że ​​przed uruchomieniem produkcji seryjnej firma Sunhingstones wprowadziła następujące zmiany:

Dedykowane planowanie pieca:Dwa razy w tygodniu zarezerwowano stałe miejsce na odprężenie wyłącznie dla tego programu, eliminując kolejkę trwającą średnio 2,6 dnia. Czas obróbki cieplnej spadł z 3,1 dnia do 0,7 dnia.

Przeprojektowanie obsługi DfAM:Zmodyfikowano orientację konstrukcji, a trzy elementy mocowania wsporników przeprojektowano tak, aby były-samonośne. Skrócono czas usuwania ręcznego z 1,8 dnia do 0,7 dnia.

Przetwarzanie równoległe:Inspekcję CMM rozpoczęto w przypadku ukończonych części z tej samej konstrukcji, zanim wszystkie części zakończyły-przetwarzanie końcowe, co umożliwiło rozpoczęcie tworzenia dokumentacji równolegle, a nie sekwencyjnie. Skrócenie czasu montażu dokumentacji z 0,8 do 0,3 dnia.

Kwalifikacja SPC:W 30-częściowym badaniu zdolności ustalono, że Cpk jest większe lub równe 1,41 we wszystkich ośmiu krytycznych wymiarach. Inspekcja CMM została przeniesiona na pobieranie 20% próbek z monitorowaniem SPC. Skrócenie czasu przeglądu z 1,4 dnia do 0,4 dnia.

Wynik

Osiągnięty cykl dostaw w produkcji seryjnej: średnio 9,2 dnia, maksymalnie 10,1 dnia w ciągu pierwszych sześciu miesięcy produkcji. Eliminacja kolejki do pieca miała największy wpływ i odpowiadała za 2,4 z poprawy wynoszącej 8,8-dni. Wydajność pierwszego przejścia utrzymywała się na poziomie 98,3% w przypadku pierwszych 720 wyprodukowanych jednostek.

Wynik: cykl dostaw skrócony z 18 dni do 9,2 dnia -, co oznacza redukcję o 49%. Skrócenie czasu-po przetworzeniu z 11,7 dnia do 5,8 dnia. Wydajność pierwszego-przejścia 98,3% w porównaniu z 720 jednostkami w produkcji seryjnej.

Standardy branżowe i krajobraz produkcji dodatków motoryzacyjnych

Zaangażowanie sektora motoryzacyjnego w druk 3D metali znacznie wzrosło od 2020 r. Według raportu Wohlersa z 2023 r. motoryzacja była największym-sektorem końcowym w zakresie wytwarzania przyrostowego metali pod względem przychodów trzeci rok z rzędu, odpowiadając za około 22% całkowitej produkcji metalowych części AM. Przejście od zastosowań wyłącznie prototypowych-do zastosowań w produkcji seryjnej jest już zaawansowane, a wsporniki konstrukcyjne, kolektory chłodzące i lekkie elementy zawieszenia należą do najaktywniej kwalifikowanych kategorii części.

IATF 16949:2016, norma zarządzania jakością w branży motoryzacyjnej, nie zawiera obecnie szczegółowych wymagań dotyczących-produkcji-dodatkowej, ale jej ogólne wymagania dotyczące kontroli procesów, kwalifikacji procesów specjalnych i analizy systemów pomiarowych mają zastosowanie do części samochodowych drukowanych w 3D z metalu i ich-obróbki końcowej. Klienci z branży motoryzacyjnej coraz częściej dołączają-specyficzne dla AM załączniki dotyczące jakości do swoich umów dotyczących jakości z dostawcami, określające wymagania dotyczące walidacji parametrów konstrukcyjnych, identyfikowalności-po procesie i dokumentacji cyklu dostaw.

Europejskie Stowarzyszenie Producentów Samochodów (ACEA) i szerszy europejski łańcuch dostaw branży motoryzacyjnej aktywnie uczestniczą w kształtowaniu standardów wytwarzania przyrostowego poprzez współpracę z komitetem F42 ASTM International i komitetem TC261 ISO ds. wytwarzania przyrostowego. ESTA (Europejskie Stowarzyszenie ds. Palenia i Tytoniu) osobno podkreśliło w swoich wytycznych dotyczących łańcucha dostaw, że identyfikowalność produkcji, -, której-dokumentacja po przetworzeniu jest głównym elementem, -, w coraz większym stopniu nie-jest oczekiwaniem niepodlegającym negocjacjom w regulowanych sektorach produkcyjnych, w tym w branży motoryzacyjnej. Ten między{8}}sektorowy impuls w stronę udokumentowanych, możliwych do prześledzenia przepływów pracy-po przetworzeniu końcowym jest bezpośrednio istotny dla dostawców usługCzęści metalowe do samochodów drukowane w 3Dchcących budować trwałe relacje OEM.

Firma Sunhingstones dostosowuje świadczenie usług druku 3D z metalu samochodowego do zasad IATF 16949, certyfikatu ISO 9001 i-specyficznych wymagań jakościowych klientów. Zobowiązania dotyczące cyklu dostaw opierają się na zmierzonych czasach trwania faz i udokumentowanym harmonogramie pieca, - a nie na najlepszych-przypadkach -, co zapewnia, że ​​podany czas realizacji odzwierciedla rzeczywisty przebieg produkcji.

Praktyczna lista kontrolna do oceny ryzyka dostawy po-przetworzeniu

Podczas kwalifikowania dostawcy usług druku 3D w metalu do produkcji seryjnej samochodów następujące pytania bezpośrednio dotyczą-ryzyka związanego z cyklem dostawy przetwarzania końcowego opisanego w tym artykule:

Czy dostawca dysponuje piecem przeznaczonym do realizacji programów cyklicznych, czy też obróbkę cieplną planuje się na zasadzie wspólnej-kto pierwszy, ten lepszy-?

Czy dostawca może dostarczyć zmierzone dane dotyczące czasu cyklu-faza po- z istniejących programów, zamiast szacunkowych danych całkowitych?

Czy przeprowadzono przegląd DfAM w celu zminimalizowania ilości wsparcia i złożoności usuwania?

Jaka jest udokumentowana wydajność pierwszego przejścia dostawcy-dla danego stopu i geometrii części?

Czy kontrola CMM obejmuje 100% każdej części, czy też do programu zakwalifikowano- pobieranie próbek na podstawie SPC?

Jak dostawca radzi sobie z przeróbkami? Czy istnieje udokumentowana procedura-ponownego ustawiania w kolejce i w jaki sposób klient jest informowany o czasie ponownej pracy?

Czy podany cykl dostawy obejmuje wszystkie etapy-przetwarzania końcowego i montaż dokumentacji, czy tylko czas kompilacji?

Jaka jest terminowość dostaw-w ramach programów motoryzacyjnych w ciągu ostatnich 12 miesięcy?

Dostawca, który może odpowiedzieć na wszystkie te pytania na podstawie zmierzonych danych, a nie szacunków, prawie na pewno zainwestował w projekt-przetwarzania końcowego, który umożliwia stałą wydajność dostaw motoryzacyjnych. Dostawca podający cykl dostaw wyłącznie na podstawie czasu budowy tego nie robi.

Często zadawane pytania (FAQ)

Pytania te odzwierciedlają obawy najczęściej zgłaszane przez inżynierów motoryzacyjnych i menedżerów ds. zaopatrzenia podczas oceny zobowiązań w zakresie cyklu dostaw metalowych części samochodowych drukowanych w 3D - i dotyczą rozbieżności między podanymi a rzeczywistymi czasami realizacji opisanymi na początku tego artykułu.

P1: Dlaczego podany czas realizacji części pojazdów SLM do druku 3D jest często dłuższy niż oczekiwano?

Ponieważ większość ofert dotyczących czasu realizacji opiera się przede wszystkim na czasie budowy, który jest najbardziej widocznym i przewidywalnym elementem cyklu dostaw. Końcowa-obróbka - obróbka cieplna, usuwanie podpór, wykańczanie powierzchni, kontrola i dokumentacja - zazwyczaj stanowią 55–65% całkowitego czasu cyklu, a jego czas trwania jest znacznie bardziej zmienny niż budowa. Dostawca podający dziesięć dni w oparciu o 28-godzinną budowę bez uwzględnienia czasu oczekiwania w piecu, czasu usuwania podpór i harmonogramu inspekcji systematycznie zaniża cykl dostaw.

P2: Jaki jest najszybszy realistyczny całkowity cykl dostawy metalowych części samochodowych do drukowania 3D z aluminium lub stali?

W przypadku małych i średnich komponentów z aluminium AlSi10Mg lub stali 316L ze standardowymi-wymaganiami dotyczącymi obróbki końcowej, dobrze-zorganizowana usługa druku 3D z metalu może osiągnąć łącznie 7–10 dni od zamówienia do wysyłki przy małych nakładach. Konsekwentne osiągnięcie tego celu wymaga planowania dedykowanego pieca, zoptymalizowanej geometrii podpór-DfAM i kontroli kwalifikowanej SPC-. W przypadku bardziej złożonych geometrii wymagających HIP, precyzyjnej obróbki lub wydłużonych cykli obróbki cieplnej bardziej realistycznym punktem odniesienia jest 12–16 dni. Programy dotyczące tytanu i innych stopów reaktywnych zazwyczaj wymagają minimum 14–20 dni.

P3: Jak czas oczekiwania w piecu wpływa na cykle dostaw i co można z tym zrobić?

Czas oczekiwania w piecu jest niezmiennie największym pojedynczym źródłem zmienności cykli dostaw w programach drukowania części pojazdów SLM w trybie 3D. W środowiskach ze wspólnym-piecem czas oczekiwania w kolejce wynosi średnio 1,5–3 dni i różni się znacznie z tygodnia na tydzień. Najskuteczniejszym rozwiązaniem jest umowa dotycząca harmonogramu pracy pieca przeznaczona dla programów cyklicznych - z zarezerwowanym przedziałem czasowym leczenia, który działa ze stałą częstotliwością, niezależną od zapotrzebowania innych programów. Sunhingstones wdraża dedykowane harmonogramy dla wszystkich programów produkcji seryjnej samochodów powyżej 30 sztuk miesięcznie.

P4: Czy projektowanie-do-wytwarzania przyrostowego- (DfAM) naprawdę wpływa na czas cyklu dostaw?

Co istotne, tak. Ilość pomocy bezpośrednio określa czas usunięcia pomocy, który jest najbardziej zmiennym etapem-przetwarzania końcowego. Dane produkcyjne firmy Sunhingstones pokazują, że części zoptymalizowane-DfAM stale wymagają o 30–50% krótszego czasu usuwania podpór w porównaniu z konwencjonalnymi odpowiednikami. Badanie EOS/TU Monachium cytowane w tym artykule wykazało 3,8-krotną różnicę w czasie usuwania pomiędzy operatorami tej samej części. - DfAM zmniejsza zarówno średnią, jak i wariancję tego czasu. W przypadku programów motoryzacyjnych z krótkimi terminami dostaw przegląd DfAM przed kwalifikacją produkcji nie jest opcjonalny; jest to działanie mające na celu ograniczenie ryzyka dostawy.

P5: W jaki sposób Sunhingstones gwarantuje dotrzymanie cyklu dostaw metalowych części samochodowych drukowanych w 3D?

Firma Sunhingstones podaje cykle dostaw na podstawie zmierzonych czasów trwania faz z porównywalnych programów produkcyjnych, a nie szacunkowych-najlepszych przypadków. Harmonogram pieca jest potwierdzany przed podjęciem zobowiązania do dostawy dla dowolnego programu powyżej 20 jednostek. Przepustowość CMM jest oceniana na podstawie bieżącego obciążenia programu, a kwalifikacja SPC jest zakończona przed wypuszczeniem seryjnym dla wszystkich programów cyklicznych. Terminowość dostaw w przypadku programów motoryzacyjnych jest śledzona w oparciu o docelowy termin-dostawy wynoszący 95% do podanej daty dostawy.

P6: Co powinienem uwzględnić w zapytaniu ofertowym (RFQ), aby uzyskać dokładne oszacowanie cyklu dostaw części pojazdów SLM drukowanych w 3D?

Do zapytania ofertowego dołącz następujące elementy: kompletne dane CAD w ostatecznej geometrii produkcyjnej (nie wariant prototypowy); wymagane wykończenie powierzchni każdej powierzchni użytkowej; obowiązującą specyfikację materiału i wszelkie wymagania dotyczące obróbki cieplnej; wymagana dokumentacja jakościowa (raport CMM, certyfikat materiałowy, zapisy procesu); wolumen roczny lub miesięczny; oraz wymaganą częstotliwość dostaw (co tydzień,-co dwa tygodnie, co miesiąc). Dzięki tym informacjom dostawca może wycenić cykl dostaw w oparciu o rzeczywistą-wymaganą sekwencję przetwarzania końcowego-, a nie ogólne szacunki pomijające etapy, które zajmują najwięcej czasu.

Wniosek: cykl dostaw to cały proces, a nie tylko kompilacja

Menedżer programu w scenariuszu otwierającym nie miał problemu z drukowaniem. Kompilacja SLM była szybka, dokładna i terminowa. Brakowało przepływu pracy po-przetworzeniu końcowym zaprojektowanego tak, aby odpowiadał cyklowi dostaw, jakiego potrzebował klient -, oraz wyceny cyklu dostaw odzwierciedlającej rzeczywisty czas, jaki upłynął na każdym etapie, a nie tylko czas trwania tworzenia nagłówka.

W przypadku łańcuchów dostaw w branży motoryzacyjnej, gdzie precyzja dostawy jest zobowiązaniem umownym, a przeoczenie terminu niesie ze sobą realne konsekwencje finansowe, cykl dostaw części samochodowych wykonanych metodą druku 3D z metalu musi być zaprojektowany tak samo przemyślanie, jak same części. Oznacza to dedykowaną wydajność pieca, zoptymalizowaną geometrię wspornika-DfAM, inspekcję kwalifikowaną przez SPC-, przetwarzanie równoległe, tam gdzie to możliwe, oraz zobowiązania w zakresie cyklu dostaw oparte na zmierzonych danych fazowych.

Firma Sunhingstones wykazała w produkcji seryjnej, że skrócenie cyklu dostaw z 18 dni do 9,2 dnia jest możliwe do osiągnięcia bez zmiany procesu SLM, stopu lub projektu części - po prostu poprzez zaprojektowanie-procesu przetwarzania końcowego tak, aby odpowiadał wymaganiom klienta z branży motoryzacyjnej. Jeśli Twoja organizacja napotyka wyzwania związane z cyklem dostaw w związku z istniejącym programem usług druku 3D z metalu lub planuje nowy program części do pojazdów wykorzystujących technologię druku 3D SLM i potrzebuje wsparcia w zakresie realistycznego planowania czasu cyklu, zespół inżynierów produkcji Sunhingstones jest do Twojej dyspozycji.

Referencje i dalsze czytanie

Następujące źródła podały dane i treść techniczną cytowaną w tym artykule:

Instytut Technologii Laserowej im. Fraunhofera (2022). Porównanie wydajności dostaw w ramach wytwarzania przyrostowego w samochodowych łańcuchach dostaw. Fraunhofer ILT. www.ilt.fraunhofer.de/en/press/press-releases/2022-additive-produkcja-motoryzacyjna-benchmarking.html

Centrum Technologii Produkcji (2022). Zmienność planowania obróbki cieplnej w produkcji przyrostowej: analiza danych produkcyjnych. MTC Coventry. www.the-mtc.org/research/additive-manufacturing

Liu, Y. i in. (2023). „Rozkład cyklu dostawy i analiza czasu-po zakończeniu przetwarzania w programach wytwarzania przyrostowego w branży motoryzacyjnej”. International Journal of Production Research, 61(14), s.. 4821–4838. doi.org/10.1080/00207543.2022.2129465

EOS GmbH i Uniwersytet Techniczny w Monachium (2021). Zmienność operatora w usuwaniu podpór SLM: badanie czasu produkcji. Raport techniczny EOS. www.eos.info/en/additive-produkcja/badania-rozwój

Park, S. i in. (2022). „Strategia inspekcji oparta na SPC-dla komponentów samochodowych wytwarzanych metodą przyrostową: czas cyklu i wyniki jakościowe”. Journal of Manufacturing Systems, 64, s.. 390–401. doi.org/10.1016/j.jmsy.2022.06.018

Współpracownicy Wohlersa (2023). Raport Wohlersa 2023: Druk 3D i produkcja przyrostowa - Globalny stan branży. Współpracownicy Wohlersa. www.wohlersassociates.com/wohlers-raport

ASTM International - ASTM F3303: Norma dotycząca metod wytwarzania przyrostowego - metod przetwarzania końcowego. www.astm.org/f3303.html

IATF 16949:2016. Wymagania dotyczące systemu zarządzania jakością dla producentów samochodów i odpowiednich organizacji zajmujących się częściami serwisowymi. Międzynarodowa Grupa Zadaniowa ds. Motoryzacji. www.iatfglobaloversight.org/iatf-16949/iatf-169492016

ACEA (Europejskie Stowarzyszenie Producentów Samochodów) - Stanowisko w sprawie wytwarzania przyrostowego w łańcuchach dostaw motoryzacyjnych (2022). www.acea.auto/publication/position-produkcja papieru-addytywna-

ESTA (Europejskie Stowarzyszenie ds. palenia i tytoniu) - Wytyczne dotyczące identyfikowalności łańcucha dostaw i dokumentacji produkcyjnej (2023). Odniesienie do kontekstu-międzysektorowej identyfikowalności produkcji. www.esta.org