A kompozit 3D nyomtatás eredményei a Dana Hungary Kft-nél

Az elmúlt években, de főként 2021 eleje óta a győri Dana Off-Highway gyára jelentős fejlődést ért el az ipar 4.0 alkalmazások területén, amelyben az additív gyártásnak, a kompozit 3D nyomtatás által készült saját tervezésű alkatrészeknek és szerszámoknak is nagy szerep jutott. A házon belüli Markforged X7 nyomtatójukkal készült eszközök a korábbinál költséghatékonyabb és gyorsabb megoldást jelentenek a gyár fejlesztéseihez szükséges egyedi igényekre. A nyomtatott eszközök a szemmel látható megtakarítások mellett hozzájárulnak a nagyobb termelékenységhez, a kevesebb leálláshoz, a csökkenő hibaarányhoz és a jobb munkakörülményekhez is.

 

A Dana a legfontosabb vállalati értékei közé sorolja a fejlődést, az innovációt, amelyet a vállalat ’People Finding a Better Way’ mottója is jól mutat. Ami Győrben a Dana Hungary Kft-nél történik, azt pedig tökéletes illusztrációként lehetne a szlogen mögé állítani.

 

A Dana Incorporated 2005-ben alapította Győrben Off-Highway gyáregységét, ahol robosztus járművek hajtásláncait, futóműveket, differenciálműveket és váltókat gyártanak. A Dana Hungary mostanra négy telephellyel rendelkezik Győrben, közel 1200 munkavállalót foglalkoztat és több mint 100 milliárd Ft éves nettó árbevételt ért el 2021-ben. Noha a Dana Incorporated amerikai központja már 2018 óta stratégiai együttműködésben dolgozik együtt a Markforged amerikai 3D nyomtató gyártóval, az additív berendezés igénye mégsem „felülről”, hanem közvetlen a győri Dana OH gyár mérnökségén jelentkezett. A hozzáértő és innovatív csapat mindössze fél évvel a nyomtató beszerzése után már óriási eredményeket és megtérülést tudott felmutatni, amelyről Varga Gábor, a mérnökség vezetője és Laky Dániel, műszaki projekt koordinátor mesélt nekünk.

 

Kezdetek

Varga Gábor 12 éve folyamatmérnökként kezdett a Dana Hungary Kft-nél. Egy széleskörű, a gyártás több területét lefedő, nemzetközi tapasztalattal is tűzdelt karrierút után immár 4 éve a Dana mérnökségét vezeti, amelyet átgondolva nagyobb kapacitást sikerült az ipar 4.0 fejlesztésekre átszerveznie. Az elmúlt év eredményeinek egyik kulcseleme volt, hogy a szükséges tudás megszerzésére és a szakmai fejlődésre az átszervezéssel több időt teremtettek. Laky Dániel még 2012-ben gyakornokként kezdett a Danánál, majd egy kis szakmai kitérő után, ami alatt jelentős tervezői tapasztalatra tett szert és mellette otthon hobbi szinten 3D nyomtatással is foglalkozott, másfél éve a fejlesztések és a kompozit 3D nyomtatás bevezetése kapcsán, lehetősége nyílt visszatérni korábbi munkahelyére.

 

Minden egy késve beérkező alkatrész 3D nyomtatott pótlásával indult, amellyel sikerült elkerülniük egy adott projekt csúszását. Ezen fellelkesülve a saját 3D nyomtató beszerzését alapos tapasztalatszerzés és megtérülés számítás előzte meg. Gábor és Dániel körülbelül fél évig külsős szolgáltatókkal, illetve cégcsoporton belül más gyáraktól vették igénybe az additív gyártás lehetőségeit, miközben folyamatosan vezették a várható önköltséget és a hagyományos gyártással történő beszerzés alternatív költségeit. Az előzetes kutatás eredménye az lett, hogy fél év alatt 32 000 Eurót tudnak megspórolni 3D nyomtatással, így a folyamatos szálerősítésre képes Markforged X7 ipari kompozit nyomtató ára mindössze 1 év alatt megtérülhet.

 

 

„Az első fél év számai alapján a becsléseink pontosak voltak, a Markforged X7 nyomtató már az első hat hónapban csak az egyedi alkatrész és szerszámigények alapján is már 50%-ban megtérült. – mondta Gábor – Ez idő alatt 300 féle alkatrészből összesen több, mint 850 darabot gyártottunk le.” Amennyiben pedig a közvetlen költségekhez hozzáadjuk az egyedi fejlesztésű új eszközök, szerszámok és áthidaló megoldások által elkerült leállásokat vagy vevői reklamációkat, valamint a termelékenyebb gyártást, akkor már többszáz százalékos megtérülésről is beszélhetünk.

 

 

Markforged X7 ipari kompozit nyomtató

A Dana Hungary gyárában a Markforged gépeket itthon forgalmazó FreeDee Kft. 2021 év végén helyezte üzembe az X7 típust.  A folyamatos szálerősítésre képes 3D nyomtatást kifejlesztő Markforged zászlóshajója a Markforged X7 ipari kompozit nyomtató. Az X7 egy kétfejes kompozit nyomtató, amely elsődleges feje hőre lágyuló mátrix anyagot, a legtöbb esetben darabolt szénnel dúsított PA6-ot (Onyx) nyomtat, míg a másodlagos nyomtatófej folyamatos üveg-, hőálló üveg-, kevlár- vagy karbonszálat ágyaz az alkatrészekbe. Az eljárás eredményeként olyan szilárd, ellenálló alkatrészek nyomtathatók, amelyekkel leválthatók korábban forgácsolt műanyag és fémalkatrészek is.

 

Kompozit 3D nyomtatás a Dana Hungary Off Highway gyárában

A Dana Incorporated egy 115 éves múltra visszatekintő Fortune 500 járműipari vállalat, amely 33 országban több, mint 40 000 embert foglalkoztat. Az additív gyártás felé a versenyképességük megőrzése céljából nyitottak. A technológiában rejlő lehetőségek feltárására és a megfelelő 3D nyomtató gyártó partner kiválasztására külön csapatot hoztak létre. A kutatás eredményeként először az USA-ban és Olaszországban álltak munkába Markforged X7 kompozit és Markforged Metal X fémnyomtató rendszerek, majd a pozitív tapasztalatok alapján több gyárat is felszereltek Markforged 3D nyomtatókkal.

 

„Az X7 nyomtatónk 80% fölötti kihasználtsággal üzemel. Jelenleg az amerikaiak után a magyarországi gyár adaptálta legmagasabb szinten a 3D nyomtatást. Ez azért is különleges teljesítmény, mert a győri Dana az egyetlen az eddigi telephelyek közül, ahol kifejezetten a gyártásban használják az additív gyártást.” – meséli Laky Dániel. A többi 3D nyomtatóval rendelkező Dana gyárban jellemzőbb a fejlesztést, szerelési teszteket támogató prototípusok nyomtatása.

 

Varga Gábor négy fő célt nevezett meg, amelyek elérésében a Dana Hungary intenzíven támaszkodik a 3D nyomtatásra: „Egyrészt természetesen a szerszámok házon belüli additív gyártásán realizálható konkrét idő- és költségmegtakarítás nagyon fontos nekünk. Emellett kiemelt célunk személyre szabott megoldásainkkal a vevői reputáció megtartása, az elégedettség növelése. A fejlesztéseink egy másik része a belső hibák csökkentését, a termelékenység növelését és a leállások elkerülését célozza. Ehhez szorosan kapcsolódik az operátori elégedettség növelése, a jobb munkakörülmények biztosítása a gyártósorokon.”

 

 

Egyedi ipar 4.0 eszközök, tartók, bridge megoldások a hatékonyabb gyártás szolgálatában

A Dana Hungary gyártósorain MES irányítja a termelést és írja az utasításokat, hogy mit mivel és hogyan kell következő lépésként szerelni. Ehhez kapcsolódva a Dana mérnökei olyan szerszámtartókat terveztek és nyomtattak, amelyekbe jeladó kapcsolókat építettek. Ez a kapcsoló ellenőrzi és azonnali visszajelzést ad, hogy a megfelelő szerszám el lett-e véve és használat után vissza lett-e helyezve. Az egyik soron a jeladó kampók felszerelése után 0-ra csökkent a hibaszám.

 

 

Mivel céljuk a mottó szerinti folyamatos fejlesztés, így hamarosan ezeket a tartókat is továbbfejlesztik, hogy ne csak érzékeljen, de fénnyel is jelezze, hogy melyik szerszámért kell nyúlnia az operátornak. „Ezek a fejlesztések nem csak a hibákat csökkentik drasztikusan, de gyorsítják a gyártást és az új operátorok betanítási idejét is jelentősen lerövidítik.” – meséli Laky Dániel.

 

A késztermékek tesztelésének hatékonyságát is tudták növelni 3D nyomtatással. Például a futóművek tesztelését nyomtatott tartókra szerelt prizmák és szenzorok segítik, a hidromotorok eresztési tesztelését pedig nyomtatott tesztfedelek támogatják. Mivel az FFF nyomatok nagyobb nyomáson nem lég- és vízzárók, így az utóbbi alkalmazáshoz a fedél bevonására is szükség volt egy önterülő műgyanta anyaggal.

 

 

Az egyik legnagyobb nyomtatott projektjük eddig egy teljes hajtáslánc 1 az 1 méretben való nyomtatása volt. A nyomtatott prototípus segítségével a gyártási folyamat tervezése, a gyártósor előkészítése már korábban megkezdődhet, ráadásul 3D nyomtatással a korábbi becsült költségének 1%-ért tudták legyártani a modellt.

 

„A Markforged X7 nagyon sokat dobott a fejlesztéseink ütemén. Nem kis segítség volt abban sem, hogy mindössze 3 hónap alatt fel tudjunk húzni egy új gyártósort a beérkező igénytől a teljes átadásig.” – Varga Gábor.

 

 

A Markforged nyomatok rendkívüli terhelhetőségét mutatja egy másik eset. Az egyik gyártósor átadásánál hiányzott egy présalátét, mert a fémalkatrészre várni kellett, ami napi 20-30 ezer Euró veszteséget jelentett volna. A Dana mérnökei így ismét a kompozit 3D nyomtatáshoz nyúltak, hogy elkészítsék a présalátétet, amelyre 30 kN, azaz 3 tonnának megfelelő erő hatott. A Markforged Onyx anyagú alkatrész tökéletes bridge megoldásnak bizonyult, talán még most is működne, ha nem cserélik le az időközben beérkező fémalkatrészre.

 

 

Ellenőrző sablonok

Az elmúlt fél év során számos egyedi ellenőrző sablont is nyomtattak, amivel fő céljuk a vevői reklamációk megelőzése, és a számok is azt mutatják, hogy jó úton járnak. Amíg 12 éve mindössze egy Dana gyár működött Győrben és akár négyezer reklamációs incidensre is sor kerülhetett egy évben, addig mostanra négy gyár üzemel dupla kapacitással és mégis fél év alatt mindössze 14 panaszt kellett kivizsgálniuk.

 

 

Ezen a területen az egyik legnagyobb hozzáadott értéket épp egy maroknyi, kúpos ellenőrző darab jelentette. A nyomtatott mérősablon a kerékagy megmunkált részének ellenőrzésére szolgál. Értelemszerűen amennyiben a BENT jellel ellátott rész nem ér túl az alkatrészen, míg a KINT kilóg, akkor megfelel a darab. Normál esetben a kerékagyak ellenőrzése mérőgépen körülbelül 30 percbe telt volna darabonként, ami 3-4 napos leállást okozott volna a vevőjüknek. A nyomtatott ellenőrző darab azonban töredékére csökkentette az ellenőrzéshez szükséges időt és segített elkerülni a leállással járó idő- és költségveszteséget.

 

 

 

 

Olyan hibrid ellenőrző alkatrészt is gyártottak már, amely nyomtatott és fém részekkel is rendelkezik. A tapasztalat azt mutatja, hogy ahol kiemelkedő merevségre van szükség, ott a kompozit 3D nyomtatás és a folyamatos szállal megerősített elemek sem veszik fel a versenyt a fémmel.

 

 

 

 

 

 

Az egyik futóműnél a megfelelő távtartást kellett ellenőrizni, amely feladat megoldásához egy negyed felnit nyomtattak ki, amelyet a keréken körbe forgatva elvégezhető az ellenőrzés.

 

 

Ergonomikusabb, könnyebb szerszámok

Ahogy végigsétálunk a Dana Hungary gyártósorain, egyre több nyomtatott szerszámmal is találkozhatunk. Az egyértelmű megtakarításon túl, amit az egyedi szerszámok házon belüli additív gyártása jelent, az ergonomikusabb kialakítás és a súlycsökkenés növeli az operátori elégedettséget és hatékonyságot is. Több esetben egy-egy kézi szerszám súlyát akár 90-95%-kal képesek voltak csökkenteni kompozit 3D nyomtatással.

 

A szerszámok kompozit 3D nyomtatásának lehetősége azért is kulcselőny, mert az első prototípusok után még előfordulhatnak változtatások, amelyek szerszám módosításokkal is járnak, amit a Dana nem terhel tovább a vevőire. Így a hagyományos megmunkáláshoz képest jóval kedvezőbb önköltségen nyomtatott darabokkal rengeteget tudnak spórolni a szerszámozási költségeken is.

 

 

A nyomtatott, kompozit csapágybeütőkkel fém szerszámokat sikerült leváltani. A korábban forgácsolással készült fém csapágybeütők nyomtatott helyettesítői 3-4 kg helyett 150-200 grammot nyomnak, ezáltal jelentősen könnyebbé teszik a fizikai munkát. A könnyebb szerszám és a nyomtatás által olcsón elérhető jobb ergonómia jobb munkakörülményeket és akár gyorsabb munkavégzést is jelent.

 

 

Egy másik példa a könnyebb és kényelmesebben használható szerszámokra ez az egyedi, fogazott dugókulcs betét. A korábbi fém változatok a súlyuknál fogva könnyen lehúzták a plafonról lógó pneumatikus vezetékeket, amely balesetveszélyes volt. A Markforged White Nylonból nyomtatott szerszám azonban kisebb súlyának köszönhetően nem okoz ilyen baleseteket. Emellett hagyományos gyártással körülbelül 100 000 Ft is lehetett volna az egyedi fogazott betét gyártása, az átfutási időről nem is beszélve, szemben a nyomtatás 1-2 ezer Forintos önköltségével.

 

 

Ha érdeklik a gyártósorok termelékenységét támogató, legjobb 3D nyomtatás alkalmazási példák, töltse le a témát körbejáró e-könyvet ezen a linken!

 

Fejlesztési tervek

Mivel a szerszámok súlycsökkentése nagyon pozitív eredményekkel járt, így a Dana mérnökei keresik a hasonló lehetőségeket. Terveik között szerepel például emelőszerszámok additív gyártása is, de ezt az alkalmazást már nehezíti a munkabiztonság által elvárható hitelesítés nehézsége, hiszen a nyomtatott alkatrészek méretezésére egyelőre nincsenek ipari sztenderdek. Ezáltal nincs egyértelmű forrás, ami megadja, hogy egy nyomtatott műanyagnak mit kell kibírnia, milyen terhelésekre hogyan kell tervezni, és nincs garancia, hogy egyik nyomtatott alkatrész olyan lesz, mint a másik. Ehhez kapcsolódóan a Dana Hungary a győri Széchenyi István Egyetemmel dolgozik együtt a megfelelő vizsgálatokon.

 

 

Mindazonáltal a Markforged mérnökei is dolgoznak ezen a kérdésen. Idén tavasszal a Markforged ugyanis felvásárolta a szimulációs szoftver megoldások fejlesztésével foglalkozó Teton Simulationt. A Teton Simulation fejlesztése korábban SmartSlice néven Cura alapú szeletelőkkel működött együtt és képes volt az alkatrészek nyomtatási paramétereinek optimalizálására a várható, megadott igénybevételek alapján. Ezek az okos funkciók hamarosan a Markforged felhő alapú Eiger előkészítő szoftverben is megjelennek majd.

 

Jövőbeni tervük bevinni a tervezett megelőző karbantartás területére is a 3D nyomtatást, mivel a szálerősített kompozit alkatrészek bírnák azt a terhelést is. A nyomtatás további területekre való kiterjesztése mellett a 3D szkennelés alkalmazási lehetőségeit is vizsgálják. A FreeDee Kft. már egy teljes futómű ellenőrzési célú szkennelésén is dolgozott együtt a Dana mérnökeivel. Az első szkennelési projekt folyamatát mind a négy gyáregységből eljöttek megnézni, hogy minél többféle ötlet merülhessen fel a technológia lehetséges alkalmazásaival kapcsolatban.

 

 

Eredmények

Mindössze fél év házon belüli 3D nyomtató használat után a Dana Hungary mérnökei jelentős megtakarításokat tudnak felmutatni, valamint mind a gyártás, mind a gyártás előkészítés területén is gyorsabbak lettek.

 

Amikor új termék gyártásába kell kezdeni, a prototípusgyártáshoz a szerszámoknak már 30-40 %-át előre ki tudják nyomtatni a Markforged gépével. A MES és az okos kapcsolók jelentősen csökkentik az új gyártósor operátorainak betanulási idejét és a hibákat is. A változó vevői igényekből vagy ellátásilánc-problémákból fakadó leállások 3D nyomtatott alkatrészekkel sok esetben elkerülhetők. Ezek a fejlesztések, a gyors reakciókészség és a könnyebb, ergonomikusabb szerszámok együtt pedig az egész gyártási folyamatot hatékonyabbá, termelékenyebbé teszik, amely eredményeként a vevői reputációjuk is egyre növekszik.

 

 

---

 

 

Ismerje meg Ön is a folyamatos szálerősítésre képes Markforged kompozit 3D nyomtatókat! >>