Interview met experts:Dunlop Systems and Components Mark Statham over de adoptie van 3D-printen voor tooling

Jigs, opspanningen en andere gereedschapshulpmiddelen vormen de ruggengraat van elke productievloer. Het is echter niet ongebruikelijk dat deze tools weken nodig hebben om te produceren, waardoor knelpunten in de productieworkflow ontstaan.

Om dit te verhelpen, gebruiken bedrijven steeds vaker 3D-printen om de fabricage van gereedschappen te versnellen. Het Britse autoproductiebedrijf Dunlop Systems and Components is zo'n bedrijf.

Dunlop heeft eind 2018 de composiet 3D-printtechnologie van Markforged in zijn bedrijf geïntegreerd. Negen maanden vooruitspoelen, en het bedrijf is nu in slechts een paar dagen bezig met het 3D-printen van gereedschapsonderdelen en prototypes.

In het expertinterview van deze week voegt Mark Statham, Production and Engineering Manager bij Dunlop, zich bij AMFG om het proces van de adoptie van 3D-printen te bespreken en hoe de technologie helpt om delen van de productieprocessen van het bedrijf te stroomlijnen.

Kun je me iets vertellen over Dunlop Systems and Components?

Dunlop Systems is in de jaren 60 ontstaan ​​uit het oorspronkelijke Dunlop-bedrijf en begon met het produceren van alle soorten veersystemen. Dit begon met de mini-Metro en vervolgens introduceerden we in de loop van de decennia geleidelijk luchtvering op de platforms van verschillende autofabrikanten, waaronder Land Rover-, GM-, Isuzu- en Renault-vrachtwagens, evenals gespecialiseerde voertuigen.

Meer recentelijk hebben we kleinere nichemarkten betreden, bijvoorbeeld de ambulancemarkt (Renault, LDV) en de rolstoelmarkt, waar je voertuigen hebt die geschikt zijn voor rolstoelen.

In 2014 zijn we verhuisd naar een speciaal gebouwde faciliteit en dit creëerde een kans om onszelf te lanceren in nieuwe markten onder het merk Dunlop Systems.

Wat voor soort klanten en sectoren bedient Dunlop?

Wij bedienen met name de auto-industrie. We produceren bijvoorbeeld voertuigophangingen voor alle high-end Land Rovers, Discovery's, enz. en we doen ook specialistische voertuigen voor Renault en Dennis.

We bedienen ook de treinindustrie; Bombardier is een van onze klanten. Een van de producten die we voor deze sector produceren, zijn kleppen.

We hebben een aantal klanten die onze producten kopen en gebruiken voor het verplaatsen van machines, zodat ze machines in de lucht kunnen heffen, op een luchtvering, en verplaats het vrij gemakkelijk.

Onze producten worden ook in de industriële sector gebruikt voor zowel trillingsonderdrukking als beweging. Een ongebruikelijke toepassing is het gebruik van ingewikkelde balgen voor kermisattracties - dus we bedienen een breed scala aan sectoren.

Wat was de aanleiding voor het besluit van het bedrijf om additieve productie te overwegen?

Dunlop ontvangt vragen en interesse van nieuwe klanten om onze luchtveersystemen (ECAS) op hun voertuigen te laten monteren. Klanten hebben kortere doorlooptijden nodig, van concept tot SOP, en als gevolg daarvan was het nodig om alle onderdelen van het ontwerp- en fabricageproces te versnellen.

Budgetbeperkingen zijn vrij krap omdat we proberen ons klantenprogramma te ondersteunen zonder te veel geld uit te geven. We probeerden ook nieuw ontwikkelingswerk te financieren om nieuwe klanten aan te trekken. Dus toen ik werd gestuurd om naar 3D-printen te kijken, was het met de gedachte dat het ons zou helpen geld te besparen en misschien ook nieuwe business te genereren. Daar kwamen we voor het eerst in aanraking met 3D-printen.

Als het erop aankwam om het idee van additief voor te stellen, was het in het begin moeilijk om buy-in te krijgen, of was het hele bedrijf vanaf het begin aan boord?

Ingenieurs van onze ontwerpafdeling hadden een paar jaar eerder al naar 3D-printen gekeken.

We hebben onze eigen testfaciliteit waar we ophangingen ontwerpen en bouwen en deze vervolgens aan een duurtest onderwerpen. Vanzelfsprekend moeten deze ophangingen een miljoen mijl meegaan. Ze krijgen een hoog uithoudingsvermogen bij hoge frequentie en hoge snelheid en ze blijven daar ongeveer twee weken zitten, wat de levensduur van de ophangingseenheid simuleert.

Toen onze technici voor het eerst naar 3D-printen keken, ontdekten ze dat ze die levensduur niet konden bereiken met de beschikbare materialen. Maar we hadden de technologie niet afgeschreven.

Vorig jaar benaderde mijn directeur mij en vroeg of ik mee wilde doen aan een online seminar om te kijken of en hoe we 3D-printen konden gebruiken. Het seminar, geleid door Markforged, toonde de technologie en materialen die ze hadden en, belangrijker nog, hoe anderen het hebben gebruikt. Toen dacht ik dat 3D-printen ook iets voor ons zou kunnen zijn.

Maar om er echt een businesscase voor te maken, moest ik onderzoeken welke onderdelen aan reparatie toe waren, wat een revisie nodig had, of vervangen en dan een spreadsheet samenstellen met wat het ons zou kosten.

Sommige onderdelen worden jaarlijks vervangen, andere worden vervangen als ze kapot gaan. Het werd duidelijk dat het hebben van een 3D-printer aan boord niet alle tooling volledig zou vervangen, omdat we een aantal high-use, high-temperature, high-impact tooling hebben.

Maar het zou ons de vervangingsoptie bieden. Rekening houdend met de aanschafkosten van de printer en de maandelijkse kosten voor het gebruik ervan, heb ik berekend dat we het investeringsrendement binnen twee jaar gemakkelijk terugverdienen.

Ik heb een lijst samengesteld van ongeveer 100 gereedschapsonderdelen waarvan ik dacht dat we ze konden vervangen en die vervangen moesten worden, of die we ons niet konden veroorloven om te vervangen. Op basis daarvan konden we de uitgaven verantwoorden.

Ongeveer drie weken later hadden we onze printer geleverd en hadden we het binnen zes maanden terugverdiend.

Hoe verliep het implementatieproces van de technologie in de begindagen?

Toen de 3D-printer arriveerde, waren we binnen ongeveer een uur aan de gang. We begonnen met het doornemen van de lijst met onze belangrijkste criteria.

We wilden op dat moment niet dat het van de ene op de andere dag zou werken. We wilden het simpel houden en focussen op de simpele tools die op de prioriteitenlijst stonden.

We hebben bijvoorbeeld hoogwaardige ophangingsartikelen die passen op high-end voertuigen zoals Bentleys, Audi's en Porsches. Een van onze belangrijkste klanten koopt onze modules en voegt hun eigen componenten toe om een ​​complete luchtveer te creëren.

Omdat dit hoogwaardige voertuigcomponenten zijn, hebben we nylon gereedschap om ze tijdens ons proces op hun plaats te houden om de onderdelen te beschermen. Deze nylon gereedschappen slijten, worden vuil en ze zijn niet erg aantrekkelijk, dus de vervangende nylon onderdelen waren de eerste items die we hebben geprint. We hebben wit nylon vervangen door Markforged's Black Onyx.

Dat werd goed ontvangen omdat we binnen enkele uren meteen onderdelen kregen. Als we een onderdeel moeten vervangen, moeten we normaal gesproken eerst de tekening vinden, deze opsturen voor een offerte en wachten tot de offerte van de gereedschapmaker terugkomt, wat dagen kan duren.

Alleen al het papierwerk om de bestelling te verhogen, duurde ongeveer een week tot twee weken. Daarna kon het maken van het onderdeel, afhankelijk van hoe complex het was, nog een week duren.

Je kijkt naar een doorlooptijd van minimaal twee weken, terwijl we dagelijks onderdelen aan het printen waren. Toen zagen onze collega's op de werkvloer echt de voordelen van 3D-printen.

De allereerste geprinte onderdelen waren heel eenvoudige onderdelen. Toen gingen we door de onderdelen en leerden hoe licht, maar tegelijkertijd hoe sterk de 3D-geprinte onderdelen waren. Dat opende een breed scala aan gereedschappen die we konden vervangen.

Het werd in de eerste week zeer goed ontvangen; de werkvloer kreeg onderdelen in dagen en uren, in plaats van weken. En omdat we IATS-standaard zijn, duurt het langer voordat de kwaliteitsafdeling het onderdeel inspecteert dan voor ons om het af te drukken.

Je zei dat je eenvoudig begon. Is uw gebruik van 3D-printen geëvolueerd in de negen maanden dat u de 3D-printer hebt gehad?

Ja. Nu kunnen we zeer complexe onderdelen en gereedschappen maken en hebben we methoden ontwikkeld om twee 3D-geprinte onderdelen aan elkaar te bevestigen.

We hebben veel kleine nicheklanten die rolstoeltoegankelijke voertuigen produceren. We hebben partnerships met deze bedrijven ontwikkeld en een deel hiervan is om hun relatief kleine budgetten te ondersteunen. Andere kleinere klanten ontvingen gereedschap dat we hadden gebruikt van verouderd gereedschap; het zag er niet aantrekkelijk uit, maar het deed nog steeds zijn werk.

Voor die klanten kunnen we nu zeer complex werk 3D-printen met onderdelen die precies op hun onderdelen passen en hun onderdelen beter beschermen dan voorheen. Dat betekent ook dat we het onderdeel sneller bij hen kunnen krijgen, met minder risico om het te beschadigen, omdat het nu een goed ontwikkeld gereedschap is.

We experimenteren ook met verschillende verbindingstechnieken. Omdat we bijvoorbeeld al onze producten in eigen huis vormen, moet ons product worden uitgebreid voordat het in het vormproces gaat.

We hebben een expansiemachine op de werkvloer die ons ongeveer £ 14.000 heeft gekost. in huis te ontwikkelen. We noemen het "de raket" omdat hij ongeveer twee meter lang is en ongeveer twee meter hoog. Het wijst schuin naar de operator, zodat de operator het product er vrij gemakkelijk vanaf kan laden en lossen. Maar het eigenlijke werkgebied is slechts ongeveer een halve meter lang. Maar het is allemaal de bediening van die machine die het product doet uitzetten.

Voor het werkgebied hebben we nu een buis van een halve meter in 3D geprint en deze is geprint in zes verschillende delen die we aan elkaar hebben geplakt.

We hebben de eerste proef gedaan om een ​​product uit te breiden in deze halve meter buis in plaats van op de grotere machine. Maar dit prototype armatuur kost slechts £ 600, een fractie van de kosten.

Omdat we nu een leverancier zijn van een nieuwe autofabrikant, hebben we waarschijnlijk ongeveer zes van deze machines nodig. Als dit werkt, kunnen we veel geld besparen.

Een van de dingen die bedrijven ons vaak vertellen, is dat ze intern AM-expertise nodig hebben om de technologie met succes te kunnen adopteren. Was dit een probleem waarmee u te maken kreeg?

We hebben vijf mensen in mijn team en onze afdeling beheert en onderhoudt de 3D-printer. Iedereen op onze afdeling pikte de technologie snel op en we proberen verschillende dingen uit.

Andere afdelingen raken langzaamaan gewend aan de techniek. Zo hebben we enkele meters geprint voor onze kwaliteitsafdeling. De kwaliteitsafdeling moet controleren of bepaalde onderdelen binnen de tolerantie vallen. Omdat ze niet erg kritisch zijn, hebben we enkele meters voor ze in 3D geprint. Daarom heeft onze kwaliteitsafdeling een deel van deze 3D-geprinte tooling overgenomen.

We hebben ook enkele prototypeonderdelen geproduceerd voor ons ontwerpteam. Prototype onderdelen zijn normaal gesproken erg duur omdat je ze uit massief staal of massief aluminium moet maken.

Op de luchtvering van een voertuig heb je normaal gesproken beenkappen, die voorkomen dat de stenen de ophanging raken en de airbag scheuren. Deze hoes wordt ondersteund op de stutten met behulp van een plastic kraag. Omdat het een prototype is, kon het niet worden gegoten omdat niemand een mal voor een prototype zou ontwerpen. Het had uit massief vervaardigd kunnen worden, maar het ontwerp is zo complex dat er waarschijnlijk een gespecialiseerde CNC-machine voor nodig zou zijn.

Als resultaat hebben we een aantal prototype halsbanden in 3D geprint en omdat het 3D-printen is, kunnen we de vereiste spanning bereiken omdat het moet draaien en bewegen met een voertuig. Dat is behoorlijk gelukt.

Als je echter kijkt naar potentieel 50.000 voertuigen per jaar, dat zijn 100.000 van deze producten, dan is dat nog niet echt mogelijk, omdat we maar één printer hebben. We zijn momenteel geen 3D-productiebedrijf.

Dus nu is het ontwerpteam nog steeds aan het kijken om deze onderdelen te gieten en een plastic mal te krijgen. 3D-printen was prima voor ontwikkeling, maar het is nog steeds een langzaam proces.

Wat is de visie van Dunlop op de toekomstige technologie? Ziet u uw gebruik van 3D-printen uitbreiden naar andere toepassingen?

Momenteel concentreren we ons op tooling omdat we binnen de komende 12 tot 18 maanden een nieuwe toolinglijn volledig opnieuw moeten creëren. We zijn dit aan het ontwerpen met 3D-printen.

We hebben alle huidige ontwerpen, die goed werkten voor onze huidige lijn. Bij 3D-printen moet je een kleine ombouw doen om het onderdeel op bepaalde plekken sterker te maken en we kunnen nu koolstofvezel toevoegen. Dat is dus onze focus voor nu.

Maar omdat we ophangingsonderdelen uit de jaren 60 ontwerpen, hebben we nog steeds klanten die ze kopen. Dus de treinindustrie koopt onze oud ontworpen nivelleerkleppen. Dit zijn een element in het lichaam dat een basishefboomsysteem gebruikt om lucht van het ene deel van de trein naar het andere te verplaatsen, zodat deze rond bochten kantelt. Het wordt gebruikt door klanten zoals Virgin Trains en Bombardier.

Dit onderdeel is ontworpen in de jaren 60 en begin jaren 70. Het originele gietstuk, dat van aluminium is, is aan het slijten, dus we proberen dat gietstuk op te knappen, wat vrij duur is. Maar dan is er ook de mogelijkheid om de body in 3D te printen om vervolgens het systeem te gebruiken. Dat is een mogelijkheid. Daar hebben we zeker meer printers voor nodig.

Iets anders waar we naar kijken, is of we sommige van onze producten kunnen recyclen omdat de mallen zo oud worden.

Wat brengt het komende jaar voor Dunlop?

Het wordt een erg druk jaar voor ons, aangezien er een nieuw platform voor elektrische voertuigen op komst is. We moeten ook onze toenemende activiteiten op het gebied van ECAS-systemen ondersteunen voor de IATF 16949-accreditatie van andere OEM's. We zullen ons ook concentreren op de belangrijke aftermarket, die al heel lang een bedrijfsmodel voor ons is.

Onze bedrijfsfocus zal liggen op OEM-productie met hoog volume, kleinere aftermarket-productie en de verdere ontwikkeling van ons industriële assortiment van antivibratiecomponenten.

Wat betreft 3D-printen, we overbelasten onze 3D-printer - hij is niet gestopt met werken. We willen dus ook een nieuwe, grotere printer aanschaffen. Dat betekent dat we twee printers hebben draaien, wat ons meer doorvoer zal geven.

Ga voor meer informatie over Dunlop Systems naar: https://www.dunlopsystems.com/