Verlaag de kosten met 99%:hoe 3D-printen een CNC-koppeling van $ 110 verving door een composiet onderdeel van $ 1,05

Van $ 110 naar $ 1,05:wat er gebeurt als uw machinewerkplaats een 3D-printer krijgt

Een productiemanager zonder ervaring met additieve productie verving een CNC-gefreesde roestvrijstalen koppeling door een 3D-geprint composietonderdeel en voerde deze een week lang aan een stresstest uit. Het ging nooit meer terug naar de Bridgeport. Dit is precies wat er is gebeurd en welke onderdelen in uw instelling dit voorbeeld zouden kunnen volgen. 

Belangrijkste resultaten in één oogopslag 

• 99% reductie op onderdeelkosten:$ 110 → $ 1,05 per koppeling
• Geen tekenen van schade na één week continue bediening (~5 jaar gesimuleerde levensduur)
• Verbeterde onderdeelgeometrie:sterprofiel onmogelijk te frezen, triviaal om af te drukken
• Lager risico op fouten in het veld vergeleken met het machinaal bewerkte origineel

3D-printen een cultuurverandering bij Air &Liquid Systems

Het deel waarmee alles begon

Ryan Wenzlick had een probleem dat de meeste productiemanagers goed kennen:een kleine, complexe klepkoppeling die een nachtmerrie was om te maken. De stervormige doorsnede was op de Bridgeport onmogelijk te snijden. Zijn team maakte in plaats daarvan een vierkante benadering, brak regelmatig gereedschappen en betaalde $ 110 per onderdeel voor het voorrecht. 

Ryan is productiemanager bij Air &Liquid Systems, een fabrikant van OEM-apparatuur in Michigan die warmtewisselaars, slibverwijderingssystemen en vloeistoffiltratieapparatuur bouwt voor klanten als GM, Tesla en Ford. Zijn team had geen ervaring met additieve productie toen ze hun eerste machine binnenbrachten. Binnen enkele weken werd die koppeling van $ 110 een gedrukt composietonderdeel van $ 1,05, een onderdeel dat beter op de klep paste dan het origineel ooit deed.

Het kostte onze deelkosten van $ 110 naar $ 1,05. We hadden zoiets van:heilige koe.

– Ryan Wenzlick, productiemanager, Air &Liquid Systems

Het team van Ryan heeft niet alleen de kosten gemeten en het een overwinning genoemd. Ze plaatsten twee gedrukte koppelingen in kleppen en lieten deze een week lang continu draaien, wat overeenkomt met ongeveer vijf jaar normale levensduur. Toen ze de onderdelen daarna uit elkaar haalden, was er geen meetbare slijtage, geen vervorming, geen enkele storing. 

Die test bekeerde een sceptisch team. Als je niets weet van additive manufacturing, wordt er standaard van uitgegaan dat gedrukte onderdelen prototypes zijn, iets dat je zou gebruiken voor fit-checking, niet voor productie. Een week van voortdurende mechanische spanning in een werkende klep maakte die veronderstelling teniet. 

TECHNISCHE OPMERKING  Bij het evalueren van 3D-geprinte onderdelen voor productiegebruik zijn versnelde levensduurtests (continue activering, cyclische belasting of blootstelling aan verhoogde temperaturen) informatiever dan statische sterktemetingen. De geometrische vrijheid van additieve productie maakt vaak ontwerpen mogelijk die beter presteren dan hun machinaal bewerkte equivalenten onder reële bedrijfsomstandigheden, en niet alleen bij trekproeven.

Waarom dit onderdeel het juiste eerste doelwit was

Niet elk bewerkt onderdeel is een goede kandidaat om te printen. De koppeling van Ryan voldeed aan verschillende criteria die hem bijna ideaal maakten voor een eerste productietoepassing:

Factor Bewerkte roestvrijstalen versie Geprinte samengestelde versie Kosten per eenheid $ 110 $ 1,05 (reductie van 99%) Geometriegetrouwheid Kwadratische benadering (beperkt door gereedschap) Echt sterprofiel – functionele verbetering Gereedschapsslijtage Hoog – frequente breuk van de frees Geen – geëlimineerd Tijd van de operator Ervaren machinist vereist Onbeheerd printen – arbeidsvrij Risico van fouten in het veld Hoger – compromis van de geometrie Lager – optimale geometrie bereikt Opstelling en omschakeling Opspannen, werkstukopspanning vereist Bestand opnieuw openen, printen – minuten versus uren

De geometrische beperking was de doorslaggevende factor. Een onderdeel dat duur is om te bewerken vanwege de complexe geometrie, is bijna altijd een goede kandidaat om te printen, omdat de geometriebeperking die het frezen moeilijk maakt, het printen vaak gemakkelijk maakt. Interne kanalen, sterprofielen, organische vormen en dunwandige geometrieën die vingerfrezen verslaan, zijn het thuisgebied voor additieven.

Op welke onderdelen in uw winkel moet u zich het eerst richten?

Gebaseerd op de ervaring van Air &Liquid Systems en patronen in vergelijkbare OEM- en productieomgevingen, bieden deze onderdelencategorieën consequent de sterkste ROI-cases voor een vroege adoptie van additieve productie: 

• Complexe kleine machinaal bewerkte componenten: Onderdelen met interne profielen, niet-standaard doorsneden of geometrie waarvoor meerdere machine-opstellingen nodig zijn om te produceren. De koppeling in deze casestudy is het archetype.
• Gefabriceerde plaatassemblages: Alles wat te maken heeft met het snijden van plaatmateriaal, boren en vervolgens lassen of bevestigen in een beugel of structurele montage.
• Retentieclips en hardware: Clips, klemmen en retentiefuncties die in bulk worden gekocht of als eenmalige exemplaren worden bewerkt.
• Lagedrukvloeistoffittingen: Klepfittingen, koppelingen en connectoren in systemen die geen volledige metalen afdichting vereisen. Composietmaterialen zijn geschikt voor een breed scala aan vloeibare omgevingen.
• Gereedschap, mallen en armaturen: Montagebevestigingen, boorgeleiders en inspectiehulpmiddelen. Er zijn geen validatietests vereist voor niet-producttools.
• Aangepaste onderdelen met een laag volume: Elk onderdeel dat in aantallen van 1 tot 50 stuks wordt besteld, waarbij de instelkosten, MOQ's of doorlooptijd de traditionele inkoop inefficiënt maken.

Leercurve:het ‘nul-kennis’-probleem

Eén ding is het waard om direct aan de orde te stellen:het team van Ryan had geen ervaring met additieve productie voordat hun eerste machine arriveerde. Niemand van het personeel had CAD gebruikt voor 3D-printen. Niemand begreep samengestelde printparameters of hoe onderdelen voor FFF-depositie moesten worden ontworpen. 

Dit is gebruikelijk. De meeste productiemanagers die industrieel 3D-printen evalueren, gaan uit van dezelfde veronderstelling:we zullen iemand moeten inhuren, maandenlang moeten trainen of een consultant moeten inschakelen voordat we iets nuttigs kunnen printen. Die veronderstelling is de moeite waard om te betwisten, en het team van Ryan heeft deze getest door rechtstreeks naar Markforged University te gaan, een gratis online trainingsprogramma voor additieve productie, voordat hij de machine ooit uitpakte.

De tutorials waren perfect. Alles klopte. Voor iemand die er helemaal geen kennis van heeft:we hebben dat doorgenomen en het was zoiets van:laten we deze machine uitpakken.

– Ryan Wenzlick, productiemanager, Air &Liquid Systems

Wat Ryan beschrijft is een echte ontwerpfilosofie op het gebied van industriële additieven:het systeem moet bediend kunnen worden door mensen die de productie runnen, niet alleen door mensen die producten ontwerpen. De machine- en softwareworkflow zijn opgebouwd rond productietoepassingen:een onderdeel scannen, een bestand uploaden, de ondersteuningsstructuur instellen, afdrukken. De expertise wordt opgebouwd door gebruik, niet door lestijd. 

Dat gezegd hebbende, zijn er echte ontwerp-voor-additieve concepten die de resultaten aanzienlijk verbeteren:oriëntatie ten opzichte van printlagen heeft invloed op de mechanische eigenschappen; infillpatronen en dichtheden beïnvloeden het gewicht en de sterkte; composietversterkingslagen worden geplaatst waar ze worden geladen. Geen van deze dingen is moeilijk te leren, maar het is de moeite waard om ze te begrijpen voordat je productieonderdelen ontwerpt, en niet erna.

De cultuurverandering:van ‘Kunnen we?’ naar “Wat is de volgende stap?”

De verschuiving die Ryan beschrijft, van voorzichtige validatietests naar een team dat over de vloer loopt om printkandidaten te identificeren, is het resultaat dat de meeste productieomgevingen onderschatten bij het evalueren van additive manufacturing. De ROI-calculator legt de onderdeelkosten en arbeidsuren vast. Het weerspiegelt niet het samengestelde effect van een personeelsbestand dat anders over productie denkt. 

Bij Air &Liquid manifesteerde de cultuurverandering zich op een paar specifieke manieren: 

• Deelrecensie gewijzigd. In plaats van te vragen “hoe kunnen we dit bewerken?” ingenieurs begonnen zich af te vragen of de geometrie überhaupt de moeite waard was om te bewerken. Onderdelen die altijd op een bepaalde manier waren gemaakt, werden heroverwogen.
• De machine werd dragend. Ryan beschrijft dat de printer ‘bijna non-stop’ draait en ‘altijd geld verdient’. Dat is een andere werkhouding dan een machine die stilstaat tussen R&D-projecten.
• Concurrentievermogen voor kleine bedrijven. Ryan vat dit expliciet samen:“We nemen de kleine bedrijven over en we doen wat alle grote jongens ook doen.” Voor OEM-fabrikanten die concurreren met grotere faciliteiten, is de on-demand productie van op maat gemaakte componenten een betekenisvolle concurrentiedifferentiator. 

VOOR PRODUCTIEMANAGERS De belangrijkste vraag die u kunt stellen bij het evalueren van uw eerste toepassing van additieven is niet:'Wat kan dit vervangen?' Het is "wat maken we momenteel waar we gereedschap aan kapot maken, of waarvoor een ervaren machinist urenlang moet staan?" Dat is je eerste doelwit. Valideer de prestaties, bewijs de economie, en de cultuurverandering volgt meestal vanzelf.

Wat lucht- en vloeistofsystemen feitelijk hebben afgedrukt

Naast de sterprofielkoppeling beschreef het team van Ryan verschillende andere onderdelen die tijdens hun adoptiecurve naar het printen gingen. Ze volgden allemaal dezelfde logica:een onderdeel dat duur, langzaam of moeilijk op conventionele wijze te maken was, en dat met additieve productie zonder die beperkingen kon worden verwerkt. 

Plaatmontages: Oorspronkelijk geproduceerd door losse platen te bestellen, uit te boren, een verbindingsstuk te bewerken en het geheel aan elkaar te lassen. Het team van Ryan verving het volledig door één enkele printoperatie. Geen bevestiging. Geen lascertificering vereist. Geen doorlooptijd na de printtijd. 

Bewaarclips: Kleine hardware die eerder in bulk bij een leverancier werd besteld of eenmalig op een draaibank werd gemaakt. De gedrukte versie werd beschreven als “robuuster” omdat het printen hoekplaten, afgeronde wortels en geoptimaliseerde dwarsdoorsneden kan opleveren, wat de bewerkingsbewerkingen en de kosten zou verhogen als het conventioneel zou worden gedaan.

Veelgestelde vragen van productieteams

Kunnen 3D-geprinte onderdelen daadwerkelijk CNC-gefreesde metalen componenten in de productie vervangen? In veel toepassingen op de fabrieksvloer wel. De sleutel is applicatieselectie. Onderdelen met een complexe geometrie, bescheiden belastingsvereisten en geen extreme temperaturen of chemische blootstelling zijn sterke kandidaten. Air &Liquid Systems liet een gedrukte composietkoppeling een week lang continu draaien – wat overeenkomt met grofweg vijf jaar dienst – en constateerde geen schade. De gedrukte versie presteerde ook beter dan het machinaal bewerkte origineel omdat het de ontworpen sterprofielgeometrie bereikte die frezen niet kon opleveren. 

Wat betekent “composiet” in deze context? Is dit gewoon standaard FDM-plastic? 

Nee. Bij industrieel composiet 3D-printen worden tijdens het printen continue strengen versterkingsvezels (koolstofvezel, glasvezel of Kevlar) ingebed in een thermoplastische matrix. Het resultaat is een onderdeel met richtingssterkte-eigenschappen die meer lijken op een gelamineerd composiet dan op een thermoplastisch materiaal. Voor mechanische toepassingen (beugels, fittingen, dragende armaturen) is dit onderscheid van groot belang. 

Hoe lang duurt het om voldoende te leren om nuttige onderdelen op de fabrieksvloer te printen? 

Ryan Wenzlick had geen ervaring met additieve productie voordat hij de Markforged University voltooide, en zijn team was kort daarna productieonderdelen aan het printen. Voor eenvoudige vervangingsonderdelen (geometrievervangingen voor machinaal bewerkte componenten) wordt de leercurve voor CAD en slicen gemeten in dagen tot weken, niet in maanden. 

Wat is de juiste manier om een geprint onderdeel te valideren voordat het in productie wordt genomen? 

Voor structurele of mechanische toepassingen zijn versnelde levensduurtests informatiever dan alleen statische sterktetests. Simuleer de werkelijke beladingstoestand (bedieningscycli, trillingen, druk, temperatuur) met versnelde snelheden. Voor de lucht- en vloeistofkoppeling was één week continue bediening (wat neerkomt op ~5 jaar dienst) de validatiepoort. 

Bij welk productievolume is 3D-printen economisch niet meer zinvol? 

Additieve productie wordt doorgaans minder kostenconcurrerend boven enkele honderden tot enkele duizenden onderdelen per jaar voor eenvoudige geometrieën, en blijft concurrerend bij hogere volumes voor complexe onderdelen die duur zijn om te bewerken. Een faciliteit die een breed scala aan onderdelen met een laag tot middelgroot volume voor veel SKU's print, kan de benutting hoog houden en de economie voortdurend gunstig houden.

Het eindresultaat voor fabrieksteams

De ervaring van Ryan Wenzlick bij Air &Liquid Systems is niet ongebruikelijk, maar wel leerzaam. Het pad dat hij volgde (een pijnlijk bewerkt onderdeel identificeren → de prestaties rigoureus valideren → uitbreiden naar andere kandidaten → continu opereren) is repliceerbaar in de meeste OEM- of productieomgevingen. 

Alleen al de economische aspecten van de koppeling – $110 tot $1,05 – zouden de apparatuur in de meeste faciliteiten rechtvaardigen als dat onderdeel in welk volume dan ook zou draaien. Maar de grotere waarde is de operationele houding:een machine die continu draait, een team dat anders over productie denkt, en het vermogen om onderdelen te produceren met een geometrie die conventionele bewerking helemaal niet kan bereiken. 

De slotzin van Ryan is de moeite waard om letterlijk te nemen:“Ons zonder Markforged is moeilijk om over na te denken.” Dat is geen marketingsentiment. Zo klinkt het als additive manufacturing van experiment naar infrastructuur gaat.

Alle blogs en de informatie in deze blogs vallen onder het auteursrecht van Markforged, Inc. en mogen op geen enkele manier worden gekopieerd, gewijzigd of overgenomen zonder onze schriftelijke toestemming. Onze blogs kunnen onze dienstmerken of handelsmerken bevatten, evenals die van onze gelieerde ondernemingen. Uw gebruik van onze blogs vormt geen enkel recht of licentie voor u om onze dienstmerken of handelsmerken te gebruiken zonder onze voorafgaande toestemming. Markforged Informatie in onze blogs mag niet als professioneel advies worden beschouwd. We zijn niet verplicht om blogs bij te werken of te herzien op basis van nieuwe informatie, daaropvolgende gebeurtenissen of anderszins.

Mis nooit meer een artikel

Abonneer u om nieuwe Markforged-inhoud in uw inbox te ontvangen