Linie produkcyjne nowoczesnych samochodów są szybkie, złożone i niezwykle zsynchronizowane. W dużej mierze polegają na technologii i automatyce, lecz również na przeogromnej liczbie narzędzi i sprzętu wykonanych specjalnie dla danej linii, a nawet dla poszczególnych modeli samochodów.

Volvo-Car-Gent_cover.jpg

 

Te jedyne w swoim rodzaju, wykonane na miarę podzespoły rzadko są doceniane, gdy mowa o innowacjach linii produkcyjnych. Volvo Car Gent i Materialise zmieniły to podejście. Wspólnie odkryliśmy, że w przypadku poprawy jakości i uproszczenia dostawy narzędzi oraz uchwytów, można odblokować potencjał oszczędności, wydajności produkcji oraz wielu innych aspektów. W jaki sposób? Korzystając z połączenia części drukowanych w technologii 3D oraz dostępnych od ręki, aby szybciej stworzyć rozwiązania dostosowane do potrzeb. Pierwszy przypadek: przyrząd do klejenia, który pomaga pracownikom zamocować różne rodzaje logo Volvo, numery modeli oraz inne informacje do bagażnika każdego nowego pojazdu.

Nowy przyrząd do klejenia łączy wszystkie poprzednie podzespoły w jednym uchwycie, waży o 64% mniej i może być dostarczony w ciągu zaledwie dwóch tygodni, kosztując zaledwie połowę ceny poprzedniego przyrządu.

Get in touch to discuss your project

Drukowanie linii produkcyjnych – zaczynamy od małych kroków

Niemal połowa rocznej produkcji samochodów Volvo (533 000 łącznie w 2016 r.) opuściła linię montażową Volvo Car Gent w Ghent, w Belgii. Lokalizacja ta zajmuje się modelami XC60, S60 oraz V40, a także odpowiadającymi im modelami Cross Country, produkując około 57 samochodów na godzinę dla klientów z całego świata. To szybkie, wymagające środowisko, niepozostawiające miejsca na błędy.

Niewielkim, jednak kluczowym etapem montażu każdego Volvo jest oznaczanie każdego pojazdu logo, numerem modelu oraz innymi oznaczeniami. Różnią się one w zależności od samochodu, jednak muszą być zamocowane dokładnie i spójnie, szybko oraz bez uszkodzenia lakieru bagażnika. Wcześniej czynność tę przeprowadzano przy użyciu licznych oddzielnych, niewygodnych przyrządów do klejenia – szablonów, które pracownicy podnosili w tylnej części pojazdu, następnie nanosili odpowiednie znaczniki we właściwym miejscu, przy prawidłowym wyrównaniu.

Hannes Wauters, inżynier ds. sprzętu w Volvo Car Gent, zawsze szuka możliwości poprawy tego typu sprzętu i uchwytów produkcyjnych. Współpracując z Materialise, wraz ze swoim zespołem wskazał przyrządy do klejenia jako idealny przykład sprzętu do linii produkcyjnych drukowanego w technologii 3D.

Hannes wyjaśnia: „W przypadku przyrządów do produkcji często potrzebujemy szybkiego rozwiązania, aby zapewnić działanie linii i z tego względu wracamy do tradycyjnych metod produkcji, ponieważ je znamy. Nie mamy czasu na eksperymenty, jeśli jednak istnieje szansa, aby nauczyć się czegoś nowego, korzystamy z niej. Nowy przyrząd do klejenia był przeznaczony do modeli produkowanych w styczniu 2017 r., mieliśmy więc sporo czasu, aby go opracować. Posiadaliśmy już kilka części drukowanych w technologii 3D w przypadku starych przyrządów, była to więc doskonała szansa, aby wypróbować zalety metod wytwarzania przyrostowego, projektując część od początku”.

Rezygnacja ze starych rozwiązań: ciężkich, łatwo ulegających uszkodzeniu, trudnych w mocowaniu

Poprzednie przyrządy były spawane i dość ciężkie. Sprzęt był trudny w kalibracji i zapewniał tolerancję do +/- 2 mm. Przyrządy często się psuły w wyniku przypadkowego upuszczenia, a czas dostawy nowego sprzętu wynosił co najmniej 6 tygodni. Wymagania stawiane przed nowym sprzętem to: dokładne wyosiowanie, powtarzalność oraz niepozostawianie śladów na lakierze. Ponadto część musiała być jednocześnie wytrzymała i lekka.

Hannes kontynuuje: „Najważniejszą dla nas cechą była trwałość. Sprzęt, taki jak przyrząd do klejenia, musi wytrzymać trudne i wymagające środowisko przemysłowe”.

Przejście na rozwiązanie modułowe: ponowne zaprojektowanie przyrządu do klejenia przy użyciu druku 3D

3D-printed jig for Volvo Car Gent

Mathieu Cornelis, menedżer ds. klienta w Materialise, wyjaśnia proces, jaki przeszło Materialise, aby uzyskać nowy projekt: „Podczas pierwszej oceny przyrządu do klejenia pod kątem potencjału druku 3D natychmiast stwierdziliśmy, że pomimo że jest to dość ciężki uchwyt, niekoniecznie musi być pojedynczą, drukowaną w 3D częścią. Zaczęliśmy szukać lekkiego, odpornego na wypaczenie i mniej wrażliwego na temperaturę materiału, który był dostępny jako standardowy zapas – aby szybko uzyskać wielkość ramy bez zwiększania jej masy. Następnie mogliśmy skorzystać z wytwarzania przyrostowego do wykonania drobniejszych szczegółów przyrządu”.

Zespół wybrał standardową rurę z włókien węglowych pełniącą rolę podstawowej, lekkiej ramy, a następnie zaprojektował miejsca połączeń, podkładki miękkie i sprężyste wykonane w technologii druku 3D, aby je połączyć. Podejście modułowe oznaczało, że można było zastosować różnorodne materiały i technologie, aby wykorzystać ich specjalne właściwości. Na przykład, podkładki sprężyste zostały wydrukowane przy użyciu TPU (termoplastycznego poliuretanu), ze względu na właściwości podobne do gumy i dużą trwałość. Gwarantowało to, że uchwyt z łatwością wytrzymałby każdy upadek.

Miejsca połączeń zostały wydrukowane z PA-12 (poliamidu), przeznaczonego specjalnie do złożonych, blokujących się części. Specjalnie zaprojektowane kanały klejowe, które można było uzyskać wyłącznie przy użyciu druku 3D, pomiędzy tymi miejscami połączeń oraz rurami z włókna węglowego, zapewniały dopasowanie mechaniczne, a także połączenie przy użyciu kleju pomiędzy częściami.

Precyzyjne tolerancje, łatwa kalibracja – w jednym, eleganckim uchwycie

Specjalny uchwyt kalibracyjny zastąpił poprzedni, podatny na błędy proces kalibracji.. Ze względu na bardziej dokładną konstrukcję samego uchwytu i prostotę regulacji, nowy przyrząd do klejenia zapewnia tolerancję wynoszącą 0,2 mm.

Wynikiem końcowym jest uchwyt kosztujący o 48% mniej, lżejszy o 64% i zapewniający szybki montaż. Łączy najlepsze cechy poszczególnych elementów, a także szablony do klejenia dla wszystkich możliwych kombinacji w pojedynczym przyrządzie. Modułowa wersja sprawia, że jest łatwy w regulacji, kalibracji i naprawie.

  Hannes podsumowuje:

„Precyzja nowego uchwytu naprawdę mnie zaskoczyła. Możemy teraz uzyskać znacznie dokładniejsze tolerancje i zakładamy mniejszy współczynnik części wybrakowanych / do ponownego wykonania. Nasi pracownicy na linii produkcyjnej już go uwielbiają. Nowy przyrząd jest łatwiejszy w obsłudze i znacznie lżejszy. Pracownicy nie muszą się martwić, że go uszkodzą, a ergonomia pracy została znacząco zwiększona. Nie chcemy poprzedniego uchwytu!

„Co najważniejsze, cały projekt był dla nas olbrzymią możliwością edukacyjną. Nauczył nas „myśleć przyrostowo” i zapewnił nowe kwalifikacje, które pozwolą stale usprawniać linię produkcyjną. I wreszcie, co może wydawać się niezbyt istotne, nowy uchwyt wygląda naprawdę fajnie i nowocześnie. Obserwując pracowników linii produkcyjnej, zatrzymuję się przy przyrządzie do klejenia, ponieważ wygląda tak dobrze. To niewielka rzecz, lecz sprawia, że jestem dumny z mojej pracy”.