Как 130-летняя компания JC Steelе сократила расходы на 75% и увеличила свое годовое производство более чем на 50% благодаря внедрению аддитивного построения от BigRep

Выпуск промышленного оборудования требует применения сложных методов производства. В этом случае передача производственных процессов на аутсорсинг  выходит непростым и дорогостоящим. Это особенно актуально, когда приходится иметь дело с большим количеством необработанного металла. Предположим, он необходим для производства массивных шнеков, способных работать с твердыми материалами, а процесс плавления этих материалов занимает много времени. Здесь нельзя допустить даже малейшую ошибку, ведь процесс переделки будет стоить очень дорого. В связи с этим, гораздо выгоднее внедрять процессы в своей компании, а не нести дополнительные расходы на внешнем производстве по исправлению неточностей или ошибок своей разработки.

С помощью собственных литейных производств такие процессы, как литье в песчаные формы, используются для создания прочных компонентов, необходимых для требовательных промышленных применений. Совсем недавно промышленники обнаружили, что крупноформатное аддитивное производство делает эффективнее разработку и создание оснастки, от которой зависит литье в землю.

Более 130 лет J.C. Steele & Sons, Inc., мировой лидер в разработке и производстве жестких экструзионных установок для машин для производства кирпича, работает в Стейтсвилле, штат Северная Каролина.

Компания была создана с упором на кирпичную промышленность. Ее руководство утверждает, что 90% американского кирпича производится с помощью одной из произведенных ею машин. JC Steele постоянно росла и процветала благодаря своевременной оценке вклада современных инструментов в ее развитие.

У JC Steele есть литейный цех, цех оснастки и механический цех для создания своей массивной тяжелой техники. Цеха литейного производства и оснастки тесно сотрудничают в процессе, называемом литьем в песчаную форму. Это технология литья, при которой позитивные модельные оснастки, изготовленные из различных материалов, используются для формирования давлением отрицательной полости-формы в песчано-глинистой смеси. Такие песчаные формы применяются для создания крупных и долговечных деталей для использования в жестком экструзионном оборудовании из таких металлов, например, как ковкий чугун. Традиционно модельная оснастка для формования "в землю" изготавливалась либо вручную из твердых пород древесины, таких как красное дерево или клён, либо из алюминия литьем под давлением.

Литейное оборудование JC Steele являлось передовым, но в компании обнаружили, что высокие затраты времени и средств, связанные с традиционным процессом изготовления формной оснастки, ограничивали инвестиции в исследования и разработки. Для компании, которая знает из первых рук о важности инноваций и роста, это было проблемой. В условиях растущей конкуренции у JC Steele не стало возможности постоянно улучшать эффективность литья и увеличивать срок службы полученных отливок.

В поисках решения JC Steele обратилась к широкоформатному аддитивному построению, чтобы быстро создать массивные оснастки, вокруг которых сосредоточен производственный процесс.

Готовая литая деталь из 3D-напечатанной оснастки.

«Изготовление модельной оснастки - в значительной степени утраченное искусство. С помощью 3D-печати мы можем просто проектировать наши детали в САПР и переходить от этого к шаблону», -  говорит Крис Уоттс, руководитель цеха оснастки JC Steele. Благодаря большому опыту в аддитивном производстве до приобретения BigRep ONE в руководстве компании четко понимали, что их следующий 3D-принтер должен иметь очень большую камеру построения.

Верхняя, нижняя и средняя части песчаной формы твёрдого экструзионного шнека перед заливкой.

Процесс изготовления литейной оснастки

Внедряя аддитивное производство в свои рабочие процессы создания оснастки, JC Steele снизила затраты на 75% и ускорила производство на 50% по своим геометрически сложным моделям.

Когда вы сравниваете традиционные и аддитивные рабочие процессы создания оснастки, смысл становится ясен. Ранее рабочий процесс для создания шаблона был сложным и дорогостоящим. Сейчас ситуация изменилась.

Теперь аддитивное построение резко сокращает рабочий процесс до четырех этапов:

Оптимизируя рабочий процесс, JC Steele исключила некоторые части процесса изготовления оснастки, а именно: самую продолжительную - проектирование шаблона вручную, наиболее подверженную "человеческому фактору"  - интерпретацию чертежей проекта, затратную - утилизацию отходов традиционного производства. 

В качестве бонуса такие экологически чистые материалы, как PETG, обладают необходимой прочностью для литья в песчаные формы. Минимальный расход невосстанавливаемых материалов позволяет сохранить окружающую среду.

Как результат удалось создать 60 новых единиц модельной литейной оснастки всего за год. Беспрецедентный рост производства был достигнут благодаря круглосуточной работе BigRep ONE с работающими посменно операторами, выходящими и в выходные дни, чтобы контролировать процесс печати и своевременно "дозаправить" филаментом.

«Я думаю, что при использовании традиционных методов нам бы повезло получить за это время хотя бы половину того, что мы сделали, а может быть даже еще меньше», - сказал Уоттс.
Благодаря 3D-печати, которая делает эффективнее работу цеха модельной оснастки, ценные работники компании теперь могут сосредоточиться на других операциях - ремонте деталей и, особенно, пост-обработке. 

«Что касается сравнения пластика с деревом, я думаю, что он столь же долговечен при литье в землю и для других наших применений.», - говорит Уоттс, - 
«Возможности действительно безграничны в отношении того, чего можно достичь с помощью пластиковой модели».

Тестирование и итерации

В прошлом было крайне важно, чтобы модельные оснастки были спроектированы и созданы идеально с первого раза. В противном случае дополнительные затраты и увеличенные сроки выполнения могли бы значительно задержать время выхода продукции и чрезмерно увеличить ее себестоимость.Не было места для неудач или человеческой ошибки, поскольку переделка вручную традиционно производимой модели могла занимать время до одного месяца. После внедрения 3D-печати в производственный процесс стало возможным создание нескольких вариантов для тестирования наилучших решений. Используя свой BigRep ONE, JC Steele разрабатывает испытательные модели, которые можно легко устанавливать и снимать, печатая несколько конструкций сложных деталей, которые различаются по принципиальным параметрам. Например, по толщине для проверки и правильного выбора до того, как потребуются дорогостоящие процессы проектирования и литья.
«У нас были проблемы, когда что-то пропускалось в дизайне или отливки получались не такими, какими мы их хотели», - объяснил Уоттс, обсуждая гибкость, которую аддитивное производство придает их процессу, даже после фазы тестирования. «Благодаря 3D-печати мы можем быстро вернуться и перепечатать эту модель с новым дизайном. Таким образом, мы можем очень быстро внедрить новую деталь в наш производственный процесс».

Отработанная оснастка и уже недоступные запчасти

3D-печать представила несколько особенно новых решений для JC Steele.
За 130-летний опыт работы был создан большой портфель продуктов, и, учитывая стоимость тяжелой техники, клиенты ожидают, что произведенное оборудование будет обслуживаться и дальше. Это означает, что компания все еще обслуживает оборудование, которое создано до внедрения современного программного обеспечению CAD. Поскольку эти старые деревянные модели портятся, жизненно важно, чтобы их можно было воссоздать с идеальной точностью. Нет никаких изменений в интерпретации бумажных чертежей.

Если какая-либо деталь выходит из строя, старые машины могут перестать быть пригодными к эксплуатации. Создание архивных моделей традиционными методами - это большие инвестиции ради относительно небольшой прибыли. После инвестирования в аддитивное производство компания нашла решение и инвестировала в 3D-сканирование с целью расширить свои аддитивные возможности. “Мы можем сканировать запчасть, прежде чем она окончательно испортится, и просто распечатать ее вместо того, чтобы пытаться восстановить”, - пояснил Уоттс.

Теперь JC Steele хранит цифровой архив старых запчастей, гарантируя клиентам высокое качество обслуживания.

Но JC Steele - не единственная компания-производитель старых (архивных) деталей и невозможность заказать необходимые запчасти создала проблемы в регулярных операциях. Детали, которые больше не изготавливаются их производителями или не доставляются поставщиками, могут создать серьезные препятствия для работы компании. JC Steele преодолела эту проблему, распечатав эти недоступные конечные детали самостоятельно,не потратив время на поиски новых поставщиков, ожидания доставки или планирование других сложных решений. Увидев, насколько эффективными могут быть эти детали, они применили тот же метод к инструментам, производя шаблоны и крепежи самостоятельно.
"У нас есть несколько новых машин, которые мы построили, где мы не хотели инвестировать в готовые инструменты заранее. Мы печатали шаблоны и крепежи, чтобы точно просверлить отверстия или собрать детали, не прибегая к аутсорсингу дорогостоящей инструментальной оснастки", - объяснил Кауфман

Безопасность труда

Изучение различных возможностей применения аддитивных технологий позволило сделать еще один шаг вперед и использовать результат для повышения безопасности на различных объектах JC Steele. С открытыми, вращающимися шестернями и валами важно, чтобы такие опасные машины имели надежную защиту, предотвращающую травмы работников. При наличии собственного 3D-принтера для JC Steele стало просто создать нестандартную замену или дополнительные защитные и другие профилактические решения для тяжелого оборудования на всех своих производственных объектах, обеспечивая тем самым безопасность своих работников.

Применение аддитивной технологии в изготовлении готовых к использованию частей демонстрирует открывающиеся возможности. Высококвалифицированная команда знакомится с преимуществами 3D-печати с большим форматом камеры построения.

«Это дешево, это быстро, это здесь и сейчас.», - сказал Кауфман, - «Все, что появляется новое, будет всегда у нас, если мы решим, что это хороший инструмент».

Заключение

Чтобы достичь такого успеха, бизнесу важно эффективно внедрять процессы аддитивного производства. Нужно сформировать правильное представление сотрудников об аддитивном производстве и донести до их понимания то,что оно облегчает и ускоряет традиционные процессы, а не полностью заменяет их.

Демонстрация внедрения 3D-печати в традиционные рабочие процессы является важной частью процесса освоения аддитивного построения. В JC Steele некоторые сотрудники используют исключительно традиционные методы в течение более 40 лет и их иногда пугает идея новых рабочих процессов. «Потребовалось некоторое время, чтобы освоить это приобретение, но теперь у нас есть люди, которые придумывают новые способы использования аддитивных технологий, потому что осознали их преимущества», - сказал Уоттс.

Все отметили качество немецкого BigRep ONE, рабочей лошадки с широкоформатной камерой, который работает «24 часа в сутки, семь дней в неделю в течение почти года», - отметил Уоттс, - "Там, где у некоторых из меньших 3D-принтеров были проблемы с расслаиванием (слои разделялись после печати), у BigRep ONE было все в порядке, несмотря на беспрерывную работу аппарата.

Для JC Steele большой формат был необходим для создания их больших литейных деталей и производства их в натуральную величину. Приобретя 3D-принтеры BigRep, они значительно увеличили производство литейной оснастки, сократили время выхода продукции на рынок на 50% и сократили расходы на 75%. Такому уровню эффективности способствуют преимущества от самых различных применений, полученные за счет экономии средств, сокращения времени выполнения заказов и улучшения условий труда на своих объектах. Эти преимущества, полученные JC Steele и другими инновационными компаниями, наглядно демонстрируют причины необходимости внедрения широкоформатного аддитивного построения в производственные процессы компании.