A HEXR, EOS és a Siemens közös fejlesztésén alapuló termék, gyártás és a teljesítmény "digitálizált ikerpárjai" lehetőséget biztosítanak a költséghatékony, elejétől a végéig digitálisan vezérelt ipari megoldások kialakítására.
A "digitális ikerpár" lényegében a való világ szimulált mását jelenti. Elkészíthetünk egy terméket, gyárat a virtuális térben, anélkül, hogy megépítenénk. Ez lehetőséget biztosít az elképzelt termék vagy gyár átvizsgálására, még mielőtt a beruházás vagy a gyártás megkezdődne.
Hajszálpontos adatok a 3D nyomtatáshoz
"Az University College London gépészmérnöki hallgatójaként jöttem rá, hogy a biciklis sisakokat sose fejlesztették igazán. Így eszembe jutott, hogy 3D nyomtatók segítségével gyárthatnánk sisakokat."- mondta Jamie Cook, a bicikli sisakokat gyártó HEXR cég társalapítója és vezérigazgatója.
Ahogy az emberi fej sem egyforma, miért pont a sisakoknak kéne egyformának lenniük? Kezdésnek minden biciklis fejét lescanneljük iPadek segítségével a kijelölt üzleteinkben, hogy az adatok alapján készíthessük el az egyedi HEXR biciklis sisakot.
Minden ilyen sisak úgy készül, hogy tökéletesen illeszkedjen a vevő scannelt fejformájára. Másodperceken belül a scannelés egy 30.000 pontból álló virtuális modellt állít elő. Ezen adatok felhasználásával kezdődik a sisak gyártása. A folyamat 3D nyomtatással történik, és a termék 5 héten belül már szállításra is kerül.
Egy új iPhone applikációnak köszönhetően a scannelés már bárhonnan elvégezhető. A HEXR jelenleg 2000 egyedi sisakot képes évente 3D nyomtatni, de számításaik szerint ezt a mennyiséget akár évi 50.000-re is emelhetik. A céljuk, hogy nagy mennyiséget tudjanak előállítani, költséghatékonyan és stabil gyártási folyamattal.
Új ipari 3D nyomtatásos megoldások
Az HEXR, EOS és a Siemens által - a gyártás elejétől a végéig - fejlesztett megoldás jelenleg a folyamat gyorsítására összpontosít, hogy hatékonyabb és jövedelmezőbb legyen - mindezt a minőség romlása nélkül. Ezáltal a HEXR több célcsoportot érhetne el.
A munkafolyamat lelke a design és a szimulálás egy nagyteljesítményű AM üzemben. A gyártásoptimalizálás érdekében a Siemens szimulálja az elemek gyártási költségét különböző előállítási mennyiségekben és konstrukciókban.
Az end-to-end megoldás, az egyenre szabott gyártás
A termék design és szimulálás iparosítására a Siemens CAE Simcenter rendszere és az NX CAD rendszere - az Xcelerator portfólio részeként - áll rendelkezésre. A szoftver egy modellt generál a sisakból, így a designerek egy virtuális környezetben tesztelhetik a törés- és aerodinamikai vizsgálatokat.
A HEXR app által készített scan, egy 30.000 pontból álló "felhőt" generál, mely tökéletesen illeszkedik az egyedi sisakhoz. Ezek után ez a ponthalmaz automatikusan átkerül egy 3D nyomtatható geometriába és formátumba.
A gyár digitális ikertestvére
A digitális ikertestvérrel kezdve, a Siemens szoftveresen megtervezi az optimális gyárat, kezdve a digitális környezettől a termék becsült áráig. A felhő alapú folyamatos megfigyelésű megoldások növelhetik a folyamat stabilitását és a berendezések hatékonyságát (OEE), miközben az automatizálás csökkenti az átfutási időt és a gyártási költségeket.
Az optimális virtuális gyárat a Tecnomatix Plant Simulation ipari tervező- és szimulációs szoftverrel tervezik meg. A Tecnomatix segítségével a mérnökök bármennyi forgatókönyv szerint virtuálisan szimulálhatják az eseteket. A gyár ezen virtuális ikertestvére a csapat számára lehetőséget biztosít, hogy akár több mint 100 féle terv közül eljussanak a legjobb kialakításig.
A virtuális valóság segítségével a gyár be is járható
A virtuális valóság (Virtual Reality - VR) segítségével ez a modellezett környezet "be is járható", hogy felkutassák és kijavítsák az esetleges hibákat. A VR továbbá hasznos a gépkezelőknek is, hogy részletesen megismerkedhessenek a gépekkel.
A VR ipari alkalmazásáról ebben a cikkünkben bővebben írtunk.
Digitális platform a vevői rendeléseknek
A scannelés helyétől függetlenül, a megrendelt sisak gyártását meg lehet kezdeni. Ez a felhő alapú AM hálózat segítségével oldható meg. A megrendelést feltöltik a platformra, ahonnan a megadott helyhez és nyomtatóhoz lehet hozzárendelni a gyártást. A MindSphere - egy nyílt, felhő alapú IoT platform - folyamatosan ellenőrzi, analizálja és optimalizálja a folyamatot, és átláthatóvá teszi a munkamenetet a felhasználónak is. A Mendix "low-code" fejlesztési platformjának köszönhetően, a programozás különböző alkalmazásokkal sem problémás, akár a helyszínen, akár a cloudból használva.
A "gépsereg" kiegyensúlyozott alkalmazása
A gépek sokaságának kihasználását a Teamcenter - termék életciklus menedzsment (Product Lifecycle Management - PLM) - és az Opcenter - gyártási folyamat menedzsment (Manufacturing Operations Management - MOM) - szoftverek biztosítják, melyek a megfelelő sorrendbe állítják be az egyes gépeket.
Az NX szoftvercsomag részeként alkalmazhatjuk az úgynevezett "Nesting" - azaz táblafelosztás - módszert, hogy a lehető legoptimálisabban használhassuk ki a rendelkezésre álló anyagfelületet. Ennek köszönhetően a cserélhető keretek gyorsan és megbízhatóan kerülnek kitöltésre, a rendelkezésre álló felület optimálisan lesz kitöltve, az alkatrészek közti minimális távolság megtartásával.
Az NX segíthet a különböző feladatok megtervezésében is, mint például az egész sisak kinyomtatása egyben, vagy különböző elemekként. Ezáltal a HEXER-nek lehetősége van összehasonlítani a különböző megoldásokat, és megnézhetik, melyik módszernek jár nagyobb alkatrészköltséggel.
3D nyomtatás szelektív lézeres szinterezéssel
A sisakokat EOS P 500 3D nyomtatók segítségével készítik, melyek a Simatic S7-1500 vezérlőket használják. További gyártási technológiák alkalmazásával - szelektív lézeres szinterezés - a sisakok rétegekből készülnek, melyekhez Polyamide-11-et használnak. Ez egy növényi alapú anyag, amit a ricinus bab olajából állítanak elő.
Ez az eljárás környezetbarát, mind a nyomtatáshoz fel nem használt por újrahasznosíthatósága miatt, mind pedig az egyéni megrendeléseknek köszönhetően nem kell a termékeket raktározni. Ráadásul, a HEXR fenntartható anyagokat használ a csomagolásaihoz.
A scanneléstől az ipari gyártásig
Az egyedi, 3D nyomtatott biciklis sisakok egy példa, hogy az ipar adalékanyagos gyártási folyamatok - az ipari 3D nyomtatás - elejétől a végéig zökkenőmentesen megtervezhetőek, egészen a fej scannelésétől a virtuális törésteszten át a sisak ipari gyártásáig. Ez a konzisztens elejétől a végéig megoldás lehetőséget biztosít a költséghatékonyság, az anyagtakarékosság és a személyre szabott tömeggyártásra több más termék esetében is, különösen azoknál a termékeknél, ahol a készterméknek tökéletesen kell illeszkednie a tulajdonosának adottságaira.
A projekt legfontosabb eredményei meggyőzőek: A különféle tervezési és automatizálási eseteken alapuló szimuláció körülbelül 80 százalékos megtakarítást mutat alkatrészenként, melyből csak az automatizálási folyamat fejlesztése 15%-os javulást eredményez.
Sisakok minden féle sporthoz
Mi lesz Cook következő ötlete? Nos, cége nem akar megállni a 3D nyomtatott biciklis sisakoknál. A tervek között szerepel a mountain bikeosoknak, kenusoknak, síelőknek és még autóversenyzőknek is az egyedi sisakok készítése.