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Como a Kawasaki otimizou a sua produção com ferramentas impressas em 3D?

Nas instalações de 2,1 milhões de pés quadrados em Lincoln, Nebraska, onde a Kawasaki Motors Corp. emprega mais de 2.400 trabalhadores na fábrica, 75 engenheiros receberam uma impressora 3D de grande formato BigRep para encontrar soluções inovadoras para seus desafios de fabricação exclusivos.

Ao aplicar soluções aditivas aos bloqueios de estradas em sua fabricação avançada de veículos off-road, vagões leves e produtos aeroespaciais, a Kawasaki obteve algumas economias surpreendentes de custo e tempo. A unidade de produção central dos Estados Unidos, a fábrica de Kawasaki em Lincoln, trabalha em uma ampla variedade de projetos intensivos. Dos veículos recreativos e outras soluções de transporte pelas quais a empresa é geralmente conhecida, até empreendimentos aeroespaciais na América do Norte, onde são fabricadas portas de carga para o Boeing 777X, a Kawasaki está ambiciosamente quebrando as barreiras da indústria de sua casa nas Grandes Planícies. Porém, uma variedade tão grande de desafios de engenharia exige uma flexibilidade que muitas vezes leva a uma séria dependência da terceirização para adquirir ferramentas de fábrica e os outros vários equipamentos e peças necessários para a produção. Para superar esse desafio, a Kawasaki recorreu impressora BigRep.

FERRAMENTAS FINAIS EM EQUIPAMENTOS AUTOMATIZADOS

Tubo de metal terceirizado / Pinça de dobra

Dobragem de tubos CNC

Desde que trouxeram sua impressora 3D BigRep, a Kawasaki encontrou economias incríveis em suas instalações, incluindo uma diferença de preço de oito a dez vezes

em comparação com as despesas anteriores de terceirização, de acordo com sua equipe de engenharia.

Um exemplo das novas eficiências da Kawasaki veio das peças de montagem da fábrica. Durante a criação de protótipos de novos veículos, a equipe de engenharia constrói uma estrutura a partir de tubos retos brutos, moldando-a com uma dobradeira de tubo CNC para formar o design da estrutura. A dobra de tubos CNC é um processo altamente envolvido que geralmente requer iterações significativas de ferramentas para obter o resultado correto. Anteriormente, a Kawasaki tinha que terceirizar as pinças de perfil de suas dobradeiras – peças que ajudam a orientar adequadamente um tubo durante o processo de dobragem -, mas decidiu integrar a fabricação de aditivos BigRep em seu fluxo de trabalho para trazer o processo internamente.

Tubo impresso em 3D / Coleta de dobras

Antes da impressora 3D BigRep, as ferramentas da Kawasaki eram fabricadas externamente com aço pesado por longos prazos de entrega e com alto custo, tornando qualquer uma das iterações necessárias uma carga financeira significativa. A equipe de Lincoln recebeu cotações acima de US $ 500 para pinças terceirizadas que custam apenas US $ 17 para produzir muito mais rapidamente internamente usando o filamento PLA da BigRep.

“Elas duram por um bom tempo,” diz Ross Makovicka, um engenheiro de produção  da Kawasaki em Lincoln, quando perguntado sobre a confiabilidade das pinças de PLA feitas na BigRep em comparação com as antigas pinças de aço, que diz ainda que os pares antigos não eram usado por mais que 5 meses. “Uma vez desgastado até um certo ponto, ele se encaixa perfeitamente na superfície correspondente, portanto é um trabalho tratado por conta própria.”

De acordo com Makovicka, as peças sofrem de 10-to-15 libras de força compressiva por cerca de 2 segundos em intervalos de 45 segundos e o material acessível do PLA se sai bem nessas condições. No total, ele prevê que a Kawasaki economizou cerca de 85% dos custos esperados de terceirização em sua área de flexão de tubos, modernizando os fluxos de trabalho com a fabricação de aditivos de grande formato.

SOLUÇÃO AEROESPACIAL DE 5 HORAS

A fabricação das portas de carga Boing 777X com o sistema automatizado da Kawasaki.

Globalmente, a Kawasaki fornece à Boeing peças aeroespaciais há muito tempo, mas só começou a fabricar para aeroespacial nos EUA em 2017. A produção de peças aeroespaciais possui padrões de qualificação extremamente altos que dificultam a entrada de fabricantes e continuam a causar atrasos significativos durante a produção, pois novas peças e ferramentas são necessárias ou precisam ser substituídas. Os novos recursos de produção de ferramentas de flash da Kawasaki com sua impressora BigRep 3D foram recompensados ​​nesses projetos aeroespaciais de alto nível. Enquanto fabricava as portas de carga do 777X, a equipe precisava de uma nova ferramenta, mas os rigorosos processos de aprovação foram definidos para causar um sério gargalo na produção. Em vez disso, a equipe aeroespacial projetou uma peça de maquete como espaço reservado para alinhar as ferramentas e continuar com seu trabalho.

“Eles estavam tendo problemas para localizar uma peça e criaram esse design”, disse Makovicka. “Eu dei uma olhada e o que eles haviam projetado parecia facilmente imprimível. Cinco horas depois, estava pronto.”

MELHORANDO OS EQUIPAMENTOS DA FÁBRICA

A fábrica da Kawasaki Lincoln é notável por sua excepcional automação, usando equipamentos de ponta, como rebitadores automáticos e células de robôs em suas instalações aeroespaciais, entre uma variedade de outras ferramentas em seus três outros departamentos para aliviar a tensão e a carga de trabalho dos funcionários.

De fato, a Kawasaki já evitou vários atrasos na produção ao aplicar soluções aditivas com a impressora BigRep. Quando as buchas são instaladas através de uma prensa em sua linha de montagem, a instalação não pode resultar em uma bucha perfeitamente centralizada, portanto Quando a equipe de engenharia da Kawasaki trouxe a gravação a laser para gravar os números de identificação nas estruturas de veículos recreativos, eles descobriram que a unidade de gravação foi enviada com uma peça imperfeita.

O problema pode ter causado sérios desalinhamentos nas gravuras, mas corrigi-lo por meio de seu fornecedor arriscou longas comunicações e atrasos prolongados que impediriam a instalação e o uso de seu novo investimento ou até interromperiam completamente alguma produção por um período imprevisível.

“Percebi que o sistema de fixação na cabeça de gravação não se encaixava muito bem”, disse Scott Gordon, engenheiro-chefe da Kawasaki.

“Pedi à empresa os modelos 3D e, quando eles os enviaram, pude modificar a peça deles para melhorar o ajuste desse dispositivo de fixação, imprimir em 3D a peça e trocá-los no dia seguinte”.

Scott Gordon ― Diretor de Design, Kawasaki Motors Corp., U.S.A.

os operadores precisam centralizar manualmente após a instalação. É necessário ter um dispositivo elétrico para manter os produtos orientados adequadamente durante o alinhamento, mas é vital entregar novos produtos de qualidade ao consumidor. Para evitar esse problema, as ferramentas precisam estar perfeitamente em conformidade com a curvatura do produto. A fabricação de aditivos era uma escolha natural.

“O equipamento passou por três revisões diferentes até encontrar a combinação perfeita, economizando inúmeras horas de tempo da máquina, custos de material e prazos”, disse Makovicka. “A versão impressa em 3D funciona bem na linha de produção, atende a todos os critérios desejados, portanto, nenhuma outra versão precisa ser criada. O impresso em 3D permanecerá em uso. ”

MATERIAIS DE TAMANHO INDUSTRIAL DA BIGREP

A Kawasaki encontrou usos para uma variedade de filamentos industriais da BigRep, contando principalmente com o PLA econômico, sempre que apropriado. “Ele é fácil de trabalhar e durável o suficiente para acessórios e ferramentas de uso leve”, disse Makovicka do material que é disponível em bobinas grandes de 8 kg, adequadas para aplicações de grande formato como a Kawasaki e otimizadas para impressoras BigRep. A empresa também usa o PRO HT da BigRep para aplicações em que são necessárias temperaturas mais altas e o TPU para criar qualidades de absorção de choque.

LOGÍSTICA

Parte da linha de produção da Kawasaki Lincoln para veículos utilitários MULE.

Com 75 engenheiros compartilhando o novo sistema de manufatura aditiva em suas instalações, a logística foi incrivelmente importante para garantir a organização e a priorização dos projetos. Embora Makovicka seja o operador de impressoras 3D dedicado da Kawasaki as máquinas estão abertas

para qualquer pessoa da equipe de engenharia usar em vários projetos. As solicitações de impressão são gerenciadas com uma planilha criada por Gordon no servidor interno da empresa para acesso de qualquer um dos engenheiros. A equipe simplesmente anexa seus arquivos de design e especifica se eles gostariam de operar sozinhos a impressora. Se eles preferirem, Makovicka cuida disso, enviando as peças para as instalações de produção assim que terminarem.

Devido a essa organização, a Kawasaki conseguiu imprimir mais de 100 peças em apenas seis meses, gerando economia operacional que mostra um retorno do investimento nesse curto espaço de tempo. “Estávamos estimando a criação de cerca de 200 a 250 peças por ano”, disse Gordon. “Parece que vamos conseguir isso com muita facilidade.”

CONCLUSÃO

A Kawasaki não era estranha à impressão 3D antes de mergulhar em grandes máquinas com a BigRep, e sua vasta experiência em equipamentos avançados de fabricação ajudou a informar melhor sua escolha.

“A pesquisa e o desenvolvimento tinham sua própria impressora, portanto, eles tinham alguma experiência sobre o que esperar – suas capacidades, limitações”, disse Makovicka sobre a decisão de comprar um sistema de impressão BigRep. “Queríamos algo criado para a indústria, não apenas para o hobby.”

Gordon disse que eles estavam preocupados com a confiabilidade

de algumas impressoras de grande formato enquanto exploravam suas opções, mas foram atraídos pelas experiências positivas de outras empresas como a BigRep. Depois de um total aproximado de 850 horas operando sua própria impressora dia e noite ou até nos finais de semana para projetos mais longos, eles ainda ficam satisfeitos com a decisão.

A Kawasaki diz que os benefícios de sua impressora vão além de suas aplicações industriais. Eles o estão usando como uma vitrine atraente das avançadas tecnologias de fabricação disponíveis em suas instalações para atrair novos talentos e desacelerar a rotatividade, mantendo os funcionários de longo prazo envolvidos.

Eles também descobriram que ter um sistema de manufatura aditiva de grande formato aberto para sua equipe maior de engenharia e pesquisa levou a uma variedade de eficiências e soluções não planejadas. A capacidade de usar suportes de plástico e outras ferramentas em seu processo de dobragem de tubos CNC por um período prolongado proporciona uma economia enorme para a instalação e acelera os processos de prototipagem, sem impedimentos por atrasos na terceirização ou limites para iterações. Soluções rápidas para bloqueadores inesperados, como processos de aprovação demorados para projetos aeroespaciais, fornecem uma rota valiosa para remover gargalos do processo de produção e ganhar tempo com os projetos.

Tendo reduzido as despesas com ferramentas em 85% e retornado seu investimento em cerca de seis meses, a Kawasaki está otimista quanto ao futuro da BigRep e da fabricação de aditivos de grande formato na empresa.

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