Πώς επηρεάζει ο χρόνος επεξεργασίας ανάρτησης- τον συνολικό κύκλο παράδοσης για μεταλλικά 3D εκτυπωμένα ανταλλακτικά αυτοκινήτου;

Για όποιον εργάζεται με μεταλλική τρισδιάστατη εκτύπωση ανταλλακτικών αυτοκινήτων σε μια αλυσίδα εφοδιασμού αυτοκινήτων, αυτό το σενάριο θα έχει άμεση απήχηση. Η υπόσχεση παραγωγής πρόσθετων - ταχύτερης επανάληψης σχεδιασμού, μικρότεροι χρόνοι παράδοσης εργαλείων,-παραγωγή σύνθετης γεωμετρίας κατ' απαίτηση - είναι πραγματική και καλά τεκμηριωμένη{-. Αλλά ο κύκλος παράδοσης που βιώνουν οι πελάτες δεν είναι μόνο ο κύκλος εκτύπωσης. Είναι ο κύκλος εκτύπωσης και η αφαίρεση υποστήριξης, η θερμική επεξεργασία, το φινίρισμα της επιφάνειας, συν η επιθεώρηση, καθώς και κάθε επανεπεξεργασία που προκαλείται από οριακά αποτελέσματα. Και σε πολλά προγράμματα, αυτό το δεύτερο μισό είναι μεγαλύτερο από το πρώτο.

Αυτό το άρθρο εξετάζει ακριβώς πώς η μετα{0}}επεξεργασία συμβάλλει στον συνολικό χρόνο παράδοσης για τρισδιάστατα εκτυπωμένα μεταλλικά εξαρτήματα αυτοκινήτων, προσδιορίζει τα βήματα όπου χάνεται συχνότερα ο χρόνος και βασίζεται σε δημοσιευμένες έρευνες του κλάδου και δεδομένα παραγωγής της Sunhingstones για να εξηγήσει πώς φαίνεται στην πράξη μια καλά σχεδιασμένη ροή εργασίας ανάρτησης-. Η κατανόηση αυτής της σχέσης δεν είναι ακαδημαϊκή άσκηση: στις αλυσίδες εφοδιασμού αυτοκινήτων όπου ένα χαμένο παράθυρο παράδοσης μπορεί να προκαλέσει κυρώσεις διακοπής γραμμής, η διαφορά μεταξύ του χρόνου παράδοσης δέκα-ημέρων και δεκαεννέα-ημέρων μετράται σε συμβατικές συνέπειες.

Η ανατομία ενός κύκλου παράδοσης τρισδιάστατης εκτύπωσης μετάλλων

Ο συνολικός κύκλος παράδοσης για μεταλλική τρισδιάστατη εκτύπωση ανταλλακτικών αυτοκινήτου περιλαμβάνει πέντε διαδοχικές φάσεις. Κάθε φάση έχει μια ονομαστική διάρκεια που αντικατοπτρίζει την καλύτερη-περίπτωση εκτέλεσης και μια ρεαλιστική διάρκεια που αντικατοπτρίζει τη μεταβλητότητα, την ουρά και την εκ νέου εργασία που εμφανίζονται στην πράξη. Το χάσμα μεταξύ αυτών των δύο στοιχείων είναι όπου κερδίζεται ή χάνεται η απόδοση παράδοσης.

Φάση 1: Προετοιμασία κατασκευής και προγραμματισμός

Πριν λιώσει ένα μεμονωμένο στρώμα, τα μέρη πρέπει να προσανατολιστούν και να φωλιαστούν στον θάλαμο κατασκευής, οι δομές στήριξης πρέπει να δημιουργηθούν και να επανεξεταστούν και η κατασκευή πρέπει να προγραμματιστεί με βάση τη διαθέσιμη χωρητικότητα του μηχανήματος. Για εξαρτήματα οχημάτων εκτύπωσης 3D SLM, η προετοιμασία της κατασκευής απαιτεί συνήθως τέσσερις έως οκτώ ώρες μηχανικής. Ο προγραμματισμός εξαρτάται από τη διαθεσιμότητα του μηχανήματος: μια κατασκευή που δεν μπορεί να ξεκινήσει αμέσως μπαίνει σε μια ουρά, η οποία σε εγκαταστάσεις υψηλής-χρησιμοποίησης μπορεί να προσθέσει δύο έως πέντε ημέρες στο συνολικό κύκλο.

Μια μελέτη συγκριτικής αξιολόγησης του 2022 από το Fraunhofer Institute for Laser Technology (Fraunhofer ILT) διαπίστωσε ότι ο προγραμματισμός και η προετοιμασία κατασκευής αντιπροσώπευαν κατά μέσο όρο το 18% του συνολικού χρόνου παράδοσης σε 42 προγράμματα κατασκευής πρόσθετων αυτοκινήτων που εξετάστηκαν - ένα ποσοστό που αυξήθηκε στο 285% στις εγκαταστάσεις που λειτουργούσαν πάνω από το μηχάνημα. Το συμπέρασμα είναι ότι η χρήση της μηχανής, ενώ είναι εμπορικά επιθυμητή, συμπιέζει το buffer προγραμματισμού και αυξάνει τη μεταβλητότητα του χρόνου κύκλου.

Φάση 2: Η κατασκευή από μόνη της

Η κατασκευή SLM είναι η πιο ορατή φάση στους πελάτες και αναφέρεται πιο συχνά στις προσφορές προμηθευτών. Ο χρόνος κατασκευής για τα τρισδιάστατα εκτυπωμένα μεταλλικά μέρη αυτοκινήτου καθορίζεται από τον όγκο εξαρτημάτων, τον αριθμό στρωμάτων και τον αριθμό των εξαρτημάτων που είναι ένθετα ανά κατασκευή. Ένας αντιπροσωπευτικός βραχίονας ή εξάρτημα περιβλήματος από αλουμίνιο AlSi10Mg σε πάχος στρώματος 30–60 μm δημιουργείται συνήθως σε 8–24 ώρες. Τα δομικά εξαρτήματα από χάλυβα ή τιτάνιο σε μικρότερα πάχη στρώσης μπορεί να χρειαστούν 24-60 ώρες ή περισσότερο.

Κρίσιμα, ο χρόνος κατασκευής είναι το πιο προβλέψιμο στοιχείο του κύκλου παράδοσης. Η διάρκεια κατασκευής του SLM είναι καθοριστική όταν προετοιμαστεί το αρχείο κατασκευής: δεν διαφέρει ανάλογα με τη διαθεσιμότητα του χειριστή, τον προγραμματισμό του κλιβάνου ή τα αποτελέσματα της επιθεώρησης. Αυτή η προβλεψιμότητα παρέχει στους προμηθευτές ακριβή δεδομένα για τη φάση κατασκευής - και τείνει να τους αναγκάζει να υποεκτιμούν τον συνολικό χρόνο κύκλου, επειδή οι φάσεις μετά-κατασκευής είναι πολύ λιγότερο προβλέψιμες.

Φάση 3: Δημοσίευση-Επεξεργασία

Η μετα{0}}επεξεργασία είναι η φάση με τη μεγαλύτερη μεταβλητότητα και, στα περισσότερα προγράμματα, τη μεγαλύτερη συνολική διάρκεια. Για εξαρτήματα οχήματος εκτύπωσης 3D SLM, η μετα{3}}επεξεργασία συνήθως περιλαμβάνει:

Δημιουργία ψύξης και αποσκόνης:2–8 ώρες, ανάλογα με το μέγεθος του εξαρτήματος και τον ρυθμό ψύξης του θαλάμου. Δεν μπορεί να επιταχυνθεί χωρίς κίνδυνο θερμικής παραμόρφωσης ή οξείδωσης των αντιδραστικών κραμάτων.

Θερμική επεξεργασία ανακούφισης από το στρες:4–12 ώρες κύκλου, συν χρόνο αναμονής στην ουρά για τη διαθεσιμότητα του φούρνου. Σε εγκαταστάσεις με ενιαίο κοινόχρηστο φούρνο, ο χρόνος αναμονής μπορεί να προσθέσει δύο έως τέσσερις ημέρες.

Σύρμα EDM ή μη αυτόματη αφαίρεση υποστήριξης:30 λεπτά έως 8 ώρες ανά εξάρτημα, σε μεγάλο βαθμό εξαρτώμενο από τη γεωμετρία υποστήριξης και την ικανότητα του χειριστή. Το πιο μεταβλητό και εξαρτώμενο-βήμα στην ακολουθία.

Φινίρισμα επιφανειών (εκτόξευση σφαιριδίων, μηχανική κατεργασία ή ηλεκτροστίλβωση):1–4 ώρες ανά εξάρτημα για τυπικά εξαρτήματα αυτοκινήτου, περισσότερες για εξαρτήματα με εσωτερικά κανάλια ή πολύπλοκα εξωτερικά προφίλ.

Επιθεώρηση διαστάσεων (CMM):1–3 ώρες ανά μέρος, συν χρόνο ουράς για διαθεσιμότητα CMM. Εάν τα αποτελέσματα είναι οριακά, η εκ νέου μέτρηση και ο έλεγχος διάθεσης προσθέτουν επιπλέον χρόνο.

Μια μελέτη του 2023 που δημοσιεύτηκε στο International Journal of Production Research ανέλυσε δεδομένα του κύκλου παράδοσης από 31 προγράμματα κατασκευής πρόσθετων αυτοκινήτων και διαπίστωσε ότι η μετα{2}}επεξεργασία αντιπροσώπευε κατά μέσο όρο το 58% του συνολικού χρόνου παράδοσης. Σε προγράμματα όπου ο κύκλος δημιουργίας ήταν 24 ώρες ή λιγότερο, το μερίδιο επεξεργασίας ανάρτησης ξεπέρασε το 70%. Η μελέτη προσδιόρισε τον χρόνο αναμονής του κλιβάνου και την αφαίρεση υποστήριξης ως τους δύο μεγαλύτερους μεμονωμένους συνεισφέροντες, που μαζί αντιπροσωπεύουν περίπου το 35% του συνολικού χρόνου κύκλου στο μέσο πρόγραμμα.

Φάση 4: Ποιοτικός έλεγχος και τεκμηρίωση

Η επιθεώρηση διαστάσεων και η τεκμηρίωση ποιότητας αντιμετωπίζονται συχνά ως το τελικό βήμα της μετα{0}}επεξεργασίας, αλλά αξίζουν ξεχωριστή εξέταση, επειδή είναι η φάση που είναι πιο πιθανό να δημιουργήσει βρόχους επανεπεξεργασίας. Ένα εξάρτημα που αποτυγχάνει στην επιθεώρηση CMM στο τέλος ενός κύκλου δέκα- ημερών δεν καταναλώνει απλώς μια επιπλέον ώρα: επαν-εισέρχεται στην ουρά επεξεργασίας ανάρτησης-σε οποιοδήποτε βήμα απαιτείται για την αντιμετώπιση της μη-συμμόρφωσης, προσθέτοντας ενδεχομένως αρκετές ημέρες στον συνολικό κύκλο.

Γιαμεταλλική τρισδιάστατη εκτύπωση ανταλλακτικών αυτοκινήτωνπου παρέχονται στους ρυθμισμένους πελάτες αυτοκινήτων της IATF 16949-, οι απαιτήσεις τεκμηρίωσης ποιότητας είναι σημαντικές: αναφορές διαστάσεων, πιστοποιήσεις υλικού, αρχεία διεργασιών για κάθε στάδιο επεξεργασίας μετά-και ιχνηλασιμότητα που συνδέει κάθε εξάρτημα με τα αρχεία κατασκευής και παρτίδων. Η συναρμολόγηση αυτού του πακέτου τεκμηρίωσης μετά το γεγονός - σε αντίθεση με τη λήψη του σε πραγματικό χρόνο κατά την παραγωγή - μπορεί να προσθέσει μία έως δύο ημέρες στον κύκλο, ακόμη και όταν όλα τα εξαρτήματα συμμορφώνονται.

Φάση 5: Συσκευασία, Logistics και Παραλαβή Πελατών

Η τελική φάση είναι η συντομότερη αλλά η λιγότερο ελεγχόμενη: χρόνος διέλευσης από τον προμηθευτή στις εγκαταστάσεις του πελάτη. Για προγράμματα αυτοκινητοβιομηχανίας με απαιτήσεις παράδοσης-σε-μόνο, η αξιοπιστία της συγκοινωνίας έχει εξίσου σημασία με την ταχύτητα μεταφοράς. Ένα εξάρτημα που αποστέλλεται την ημέρα 12 μιας δέσμευσης χρόνου παράδοσης 14 ημερών δεν έχει κανένα περιθώριο για εξαίρεση logistics.

The Four Post-Βήματα επεξεργασίας που επεκτείνουν συχνότερα τους κύκλους παράδοσης

Χρόνος ουράς θερμικής επεξεργασίας

Από όλα τα βήματα επεξεργασίας μετά την-επεξεργασία, ο χρόνος ουράς θερμικής επεξεργασίας είναι ο πιο σταθερά υποτιμημένος στον προγραμματισμό του κύκλου παράδοσης. Η ανόπτηση εκτόνωσης καταπόνησης δεν είναι προαιρετική για εξαρτήματα οχημάτων εκτύπωσης SLM 3D: οι υπολειπόμενες τάσεις στα εξαρτήματα αλουμινίου και χάλυβα ως κατασκευασμένα SLM-μπορούν να πλησιάσουν ή να υπερβούν την αντοχή διαρροής του υλικού, προκαλώντας παραμόρφωση ή πρόωρη αστοχία κόπωσης εάν δεν αντιμετωπιστούν. Η ίδια η θεραπεία διαρκεί τέσσερις έως δώδεκα ώρες. Αλλά σε μια εγκατάσταση όπου ένας μόνος φούρνος εξυπηρετεί πολλαπλά προγράμματα, η ουρά πριν από κάθε δεδομένη κατασκευή μπορεί να είναι ημέρες, όχι ώρες.

Έρευνα από το Manufacturing Technology Center (MTC, UK) που δημοσιεύτηκε το 2022 διαπίστωσε ότι η μεταβλητότητα του προγραμματισμού θερμικής επεξεργασίας ήταν ο μοναδικός μεγαλύτερος παράγοντας που συνέβαλε στην απρόβλεπτη διάρκεια του κύκλου παράδοσης στα προγράμματα παραγωγής προσθέτων, με συντελεστή διακύμανσης (CV) 0.68 - που σημαίνει ότι ο πραγματικός χρόνος αναμονής του κλιβάνου κυμαινόταν κατά 68% περίπου στην πράξη. Συγκριτικά, το CV διάρκειας κατασκευής ήταν 0,09. Με άλλα λόγια, η κατασκευή είναι σχεδόν εννέα φορές πιο προβλέψιμη από την ουρά του φούρνου.

Η λύση δεν είναι ταχύτερη θερμική επεξεργασία - οι χρόνοι κύκλου διέπονται από τη μεταλλουργία και όχι από την προτίμηση απόδοσης. Η λύση είναι ο αποκλειστικός προγραμματισμός κλιβάνου για επαναλαμβανόμενα προγράμματα, η συνάθροιση παρτίδων μεταξύ προγραμμάτων για τη μεγιστοποίηση της χρήσης του κλιβάνου ανά κύκλο και η ορατότητα της χωρητικότητας του κλιβάνου σε πραγματικό χρόνο, έτσι ώστε οι διαχειριστές προγραμμάτων να μπορούν να αναφέρουν τους κύκλους παράδοσης με βάση την πραγματική, και όχι την υποτιθέμενη, διαθεσιμότητα του κλιβάνου.

Υποστήριξη μεταβλητότητας αφαίρεσης

Αφαίρεση δομής στήριξης γιαSLM 3D εκτύπωση ανταλλακτικών οχημάτωνείναι το πιο εξαρτώμενο βήμα από τον τελεστή-στην ακολουθία επεξεργασίας ανάρτησης-και το πιο ευαίσθητο στη γεωμετρία μερών. Οι υποστηρίξεις που είναι προσβάσιμες με τυπικά εργαλεία χρειάζονται λίγα λεπτά για να αφαιρεθούν. Τα στηρίγματα σε περιορισμένους χώρους, σε λεπτούς τοίχους ή σε εσωτερικά κανάλια μπορεί να απαιτούν εξειδικευμένα εργαλεία, εκτεταμένη χειρωνακτική εργασία ή ακόμα και κοπή EDM - που διαρκεί ώρες και όχι λεπτά και δημιουργεί τον κίνδυνο επιφανειακής ζημιάς στο εξάρτημα.

Μια μελέτη από την EOS GmbH και το Τεχνικό Πανεπιστήμιο του Μονάχου (2021) διαπίστωσε ότι ο χρόνος αφαίρεσης υποστήριξης για συγκροτήματα βραχίονα αυτοκινήτου SLM διέφερε κατά 3,8× μεταξύ των ταχύτερων και πιο αργών χειριστών που εκτελούσαν την ίδια λειτουργία. Αυτή η μεταβλητότητα μεταφράζεται απευθείας σε απρόβλεπτο κύκλο παράδοσης: ένα μέρος που διαρκεί 45 λεπτά για να στερήσει έναν χειριστή διαρκεί σχεδόν τρεις ώρες με έναν άλλο και κανένα από τα στοιχεία δεν κοινοποιείται στον πελάτη στην αρχική προσφορά χρόνου παράδοσης.

Ο σχεδιασμός-για-προσθετική-κατασκευή (DfAM) είναι ο κύριος μετριασμός. Ανταλλακτικά που έχουν επανασχεδιαστεί με ελαχιστοποιημένο όγκο στήριξης, αυτο-προεξοχές και προσβάσιμα σημεία στερέωσης υποστήριξης εμφανίζουν σταθερά μειώσεις του χρόνου αφαίρεσης υποστήριξης κατά 30–50% στην εμπειρία παραγωγής της Sunhingstones. Για τα επαναλαμβανόμενα προγράμματα αυτοκινήτων, η Sunhingstones πραγματοποιεί μια ανασκόπηση DfAM όλων των νέων σχεδίων εξαρτημάτων πριν από την πιστοποίηση παραγωγής, στοχεύοντας συγκεκριμένα την αποτελεσματικότητα αφαίρεσης υποστήριξης παράλληλα με τη γεωμετρική βελτιστοποίηση.

Δρομολόγηση επιθεώρησης CMM

Η επιθεώρηση της μηχανής μέτρησης συντεταγμένων (CMM) είναι η πύλη ποιότητας που πρέπει να περάσει κάθε τρισδιάστατο εκτυπωμένο μεταλλικό εξάρτημα αυτοκινήτου πριν από την αποστολή. Για προγράμματα με αυστηρές ανοχές σε πολλαπλές κρίσιμες διαστάσεις - τυπικά για δομικά εξαρτήματα αυτοκινήτου - Η μέτρηση CMM ενός μεμονωμένου εξαρτήματος μπορεί να διαρκέσει μία έως δύο ώρες, συμπεριλαμβανομένης της στερέωσης, της μέτρησης και της δημιουργίας αναφορών. Σε μια εγκατάσταση με ένα CMM και πολλαπλά ταυτόχρονα προγράμματα, η ουρά επιθεώρησης μπορεί να παρατείνει τους κύκλους παράδοσης κατά μια ολόκληρη εργάσιμη ημέρα ή περισσότερο.

Η επεκτάσιμη λύση είναι ο στατιστικός έλεγχος διεργασιών (SPC). Μόλις μια διαδικασία παραγωγής επιδείξει σταθερή ικανότητα - που τυπικά αποδεικνύεται από Cpk μεγαλύτερο ή ίσο με 1,33 σε κρίσιμες διαστάσεις σε μια μελέτη ικανότητας 30 ή περισσότερων μερών - 100% επιθεώρηση CMM μπορεί να αντικατασταθεί από δειγματοληπτική-επιθεώρηση με παρακολούθηση SPC. Μια εργασία του 2022 στο Journal of Manufacturing Systems διαπίστωσε ότι η μετάβαση από την επιθεώρηση 100% CMM στη δειγματοληψία βάσει SPC- μείωσε τη συνεισφορά του χρόνου κύκλου επιθεώρησης κατά 64% σε ένα επαναλαμβανόμενο πρόγραμμα κατασκευής πρόσθετων αυτοκινήτων, χωρίς αύξηση στις διαφυγές πεδίου.

Επαναεργασία και επαν{0}}βρόχοι επιθεώρησης

Το Rework είναι η λειτουργία αποτυχίας μετά την{0}}επεξεργασία με τη μεγαλύτερη επίδραση στον χρόνο του κύκλου παράδοσης, επειδή είναι μη γραμμική: ένα τμήμα που απαιτεί επανάληψη επεξεργασίας δεν χάνει απλώς τον χρόνο που απαιτείται για την εκτέλεση της επανεπεξεργασίας - χάνει τη θέση του σε κάθε ουρά κατάντη (φούρνος, CMM, φινίρισμα) και πρέπει να τα ξανα-εισάγει, συχνά στο τέλος. Ένα συμβάν επανεπεξεργασίας που απαιτεί τέσσερις ώρες πραγματικής εργασίας μπορεί να προσθέσει τέσσερις έως οκτώ ημέρες χρόνου που έχει παρέλθει στον κύκλο παράδοσης, εάν ενεργοποιήσει εκ νέου{4}}την ουρά σε μια περιορισμένη εγκατάσταση.

Ο πιο αποτελεσματικός μετριασμός είναι ο έλεγχος της διαδικασίας ανάντη: η διασφάλιση ότι οι παράμετροι κατασκευής, ο σχεδιασμός υποστήριξης και ο κύκλος θερμικής επεξεργασίας έχουν επαρκώς επικυρωθεί πριν από την παραγωγή, ώστε τα γεγονότα επανεπεξεργασίας να είναι σπάνια. Για εξαρτήματα οχημάτων εκτύπωσης 3D SLM, η Sunhingstones στοχεύει ως κριτήριο ετοιμότητας παραγωγής μια απόδοση πρώτης-απόδοσης 97% ή μεγαλύτερη. Προγράμματα που δεν μπορούν να αποδείξουν αυτήν την απόδοση στην πιστοποίηση δεν κυκλοφορούν στη σειρά παραγωγής, ανεξάρτητα από την ποιότητα εκτύπωσης, επειδή ο κίνδυνος επανεπεξεργασίας αντιπροσωπεύει μια απαράδεκτη έκθεση στον κύκλο παράδοσης.

Μελέτη περίπτωσης: Μείωση του χρόνου παράδοσης για 3D εξαρτήματα οχημάτων εκτύπωσης SLM στο Sunhingstones

Στα μέσα-2023, ένας γερμανικός προμηθευτής αυτοκινήτων Tier 1 δέσμευσε τη Sunhingstones για την παραγωγή μιας σειράς πρωτοτύπων βραχιόνων ανάρτησης από αλουμίνιο AlSi10Mg και στη συνέχεια τη μετάβαση του προγράμματος στη σειρά παραγωγής με 120 μονάδες το μήνα. Ο αρχικός κύκλος παράδοσης πρωτότυπου ήταν 18 ημέρες - τις οποίες ο πελάτης αποδέχθηκε για ανάπτυξη, αλλά δήλωσε ότι ήταν εμπορικά απαράδεκτος για προμήθεια σειρών, όπου η γραμμή συναρμολόγησης απαιτούσε έναν μέγιστο κύκλο 10- ημερών από την παραγγελία έως την παραλαβή.

Ανάλυση χρόνου κύκλου

Η ομάδα μηχανικών παραγωγής της Sunhingstones πραγματοποίησε μια λεπτομερή ανάλυση του χρόνου κύκλου στο πρωτότυπο πρόγραμμα, μετρώντας τον χρόνο που έχει περάσει για κάθε φάση:

Προετοιμασία κατασκευής και προγραμματισμός: 1,5 ημέρες (συμπεριλαμβανομένης της αναμονής ουράς μηχανής 1 ημέρας)

Κατασκευή SLM: 1,2 ημέρες (28 ώρες σε πάχος στρώσης 40 μm)

Ψύξη και αποσκόνη: 0,4 ημέρες

Θερμική επεξεργασία (συμπεριλαμβανομένης της ουράς κλιβάνου): 3,1 ημέρες (κύκλος 0,5 ημερών, ουρά 2,6 ημερών)

Αφαίρεση υποστήριξης: 1,8 ημέρες (μη αυτόματη, μεταβλητή)

Κατεργασία CNC επιφανειών διεπαφής: 1,2 ημέρες

Ανατίναξη χαντρών: 0,3 ημέρες

Επιθεώρηση και αναφορά CMM: 1,4 ημέρες (συμπεριλαμβανομένου ενός συμβάντος επανα-μέτρησης)

Συναρμολόγηση τεκμηρίωσης και προετοιμασία αποστολής: 0,8 ημέρες

Σύνολο: 11,7 ημέρες μετά την επεξεργασία-από 18,0 ημέρες συνολικά - 65% του κύκλου. Μόνο η ουρά του κλιβάνου αντιπροσώπευε το 14% του συνολικού χρόνου κύκλου.

Βελτιωτικές ενέργειες

Με βάση την ανάλυση, η Sunhingstones εφάρμοσε τις ακόλουθες αλλαγές πριν από την κυκλοφορία της σειράς παραγωγής:

Προγραμματισμός ειδικού κλιβάνου:Μια σταθερή υποδοχή ανακούφισης από το άγχος κρατήθηκε δύο φορές την εβδομάδα αποκλειστικά για αυτό το πρόγραμμα, εξαλείφοντας τη μέση ουρά των 2,6 ημερών. Ο χρόνος που παρήλθε στη θερμική επεξεργασία μειώθηκε από 3,1 ημέρες σε 0,7 ημέρες.

Επανασχεδιασμός υποστήριξης DfAM:Ο προσανατολισμός κατασκευής τροποποιήθηκε και τρεις λειτουργίες συνημμένου υποστήριξης επανασχεδιάστηκαν ως αυτο-υποστηριζόμενες. Ο χρόνος χειροκίνητης αφαίρεσης μειώθηκε από 1,8 ημέρες σε 0,7 ημέρες.

Παράλληλη επεξεργασία:Η επιθεώρηση CMM ξεκίνησε σε ολοκληρωμένα εξαρτήματα από την ίδια έκδοση προτού ολοκληρωθεί η επεξεργασία όλων των τμημάτων-, επιτρέποντας στην τεκμηρίωση να αρχίσει να δημιουργείται παράλληλα και όχι διαδοχικά. Ο χρόνος συναρμολόγησης τεκμηρίωσης μειώθηκε από 0,8 σε 0,3 ημέρες.

Πιστοποίηση SPC:Μια μελέτη ικανότητας 30 μερών καθόρισε Cpk μεγαλύτερο ή ίσο με 1,41 και στις οκτώ κρίσιμες διαστάσεις. Η επιθεώρηση CMM μετατράπηκε σε δειγματοληψία 20% με παρακολούθηση SPC. Ο χρόνος επιθεώρησης που παρήλθε μειώθηκε από 1,4 ημέρες σε 0,4 ημέρες.

Αποτέλεσμα

Επιτεύχθηκε κύκλος παράδοσης παραγωγής σειρών: 9,2 ημέρες κατά μέσο όρο, με μέγιστο όριο τις 10,1 ημέρες κατά τους πρώτους έξι μήνες παραγωγής. Η εξάλειψη της ουράς κλιβάνου ήταν ο μόνος μεγαλύτερος συνεισφέρων, αντιπροσωπεύοντας το 2,4 από τη βελτίωση των 8,8- ημερών. Η απόδοση πρώτου περάσματος διατηρήθηκε στο 98,3% στις πρώτες 720 μονάδες που παράγονται.

Αποτέλεσμα: Ο κύκλος παράδοσης μειώθηκε από 18 ημέρες σε 9,2 ημέρες - μείωση 49%. Ο χρόνος επεξεργασίας ανάρτησης-που παρήλθε μειώθηκε από 11,7 ημέρες σε 5,8 ημέρες. Απόδοση πρώτου-πάσου 98,3% έναντι 720 μονάδων στη σειρά παραγωγής.

Βιομηχανικά πρότυπα και το τοπίο παραγωγής πρόσθετων αυτοκινήτων

Η δέσμευση του κλάδου της αυτοκινητοβιομηχανίας με την τρισδιάστατη εκτύπωση μετάλλων έχει επιταχυνθεί σημαντικά από το 2020. Σύμφωνα με την έκθεση Wohlers 2023, η αυτοκινητοβιομηχανία ήταν ο μεγαλύτερος{3}}τομέας τελικής χρήσης για την κατασκευή μεταλλικών πρόσθετων βάσει εσόδων για τρίτη συνεχή χρονιά, αντιπροσωπεύοντας περίπου το 22% της συνολικής παραγωγής μεταλλικών εξαρτημάτων AM. Η μετάβαση από το πρωτότυπο-μόνο σε εφαρμογές παραγωγής σειράς έχει προχωρήσει καλά, με δομικούς βραχίονες, πολλαπλές ψύξης και ελαφριά εξαρτήματα ανάρτησης μεταξύ των πιο ενεργών κατηγοριών ανταλλακτικών.

Το IATF 16949:2016, το πρότυπο διαχείρισης ποιότητας αυτοκινήτου, δεν περιέχει επί του παρόντος ειδικές απαιτήσεις-κατασκευής-προσθετικών, αλλά οι γενικές του απαιτήσεις για έλεγχο διεργασιών, ειδική πιστοποίηση διεργασιών και ανάλυση συστήματος μέτρησης ισχύουν για τα μεταλλικά εξαρτήματα αυτοκινήτου τρισδιάστατης εκτύπωσης και την μετα{5}}επεξεργασία τους. Οι πελάτες αυτοκινήτων προσαρτούν ολοένα και περισσότερο παραρτήματα ποιότητας AM-στις συμφωνίες ποιότητας προμηθευτών τους, προσδιορίζοντας απαιτήσεις για επικύρωση παραμέτρων κατασκευής, ιχνηλασιμότητα μετά την{8}}επεξεργασία και τεκμηρίωση του κύκλου παράδοσης.

Η Ευρωπαϊκή Ένωση Κατασκευαστών Αυτοκινήτων (ACEA) και η ευρύτερη ευρωπαϊκή αλυσίδα εφοδιασμού αυτοκινήτων συμμετείχαν ενεργά στη διαμόρφωση προτύπων κατασκευής πρόσθετων μέσω της συνεργασίας με την επιτροπή F42 της ASTM International και την επιτροπή TC261 του ISO για την κατασκευή προσθέτων. Η ESTA (Ευρωπαϊκή Ένωση Καπνίσματος και Καπνού) έχει επισημάνει ξεχωριστά στην καθοδήγηση της για την αλυσίδα εφοδιασμού ότι η ιχνηλασιμότητα κατασκευής - της οποίας η τεκμηρίωση μετά την-επεξεργασία αποτελεί κεντρικό στοιχείο - αποτελεί ολοένα και περισσότερο μια μη-διαπραγματεύσιμη προσδοκία σε όλους τους ρυθμιζόμενους κλάδους παραγωγής, συμπεριλαμβανομένης της αυτοκινητοβιομηχανίας. Αυτή η διακλαδική-ορμή προς τεκμηριωμένες, ανιχνεύσιμες ροές εργασίας μετά την επεξεργασία- σχετίζεται άμεσα με τους προμηθευτέςΤρισδιάστατα τυπωμένα μεταλλικά μέρη αυτοκινήτουεπιδιώκοντας τη δημιουργία μόνιμων σχέσεων OEM.

Η Sunhingstones ευθυγραμμίζει την παροχή υπηρεσιών τρισδιάστατης εκτύπωσης μετάλλων αυτοκινήτων με τις αρχές του IATF 16949, την πιστοποίηση ISO 9001 και τις απαιτήσεις ποιότητας-του πελάτη. Οι δεσμεύσεις του κύκλου παράδοσης βασίζονται σε μετρημένες διάρκειες φάσης και σε τεκμηριωμένο προγραμματισμό κλιβάνου - που δεν θεωρούνται βέλτιστα-περιπτωτικά στοιχεία - διασφαλίζοντας ότι ο αναφερόμενος χρόνος παράδοσης αντικατοπτρίζει την πραγματική ροή εργασιών παραγωγής.

Μια πρακτική λίστα ελέγχου για την αξιολόγηση του κινδύνου παράδοσης ανάρτησης-Επεξεργασίας

Όταν πληροίτε τις προϋποθέσεις για έναν πάροχο υπηρεσιών μεταλλικής τρισδιάστατης εκτύπωσης για παραγωγή σειρών αυτοκινήτων, οι ακόλουθες ερωτήσεις αφορούν άμεσα τους κινδύνους του κύκλου παράδοσης μετά την επεξεργασία που περιγράφονται σε αυτό το άρθρο:

Έχει ο προμηθευτής αποκλειστική χωρητικότητα κλιβάνου για επαναλαμβανόμενα προγράμματα ή έχει προγραμματιστεί θερμική επεξεργασία με βάση την κοινή-πρώτη εξυπηρέτηση-πρώτη εξυπηρέτηση-;

Μπορεί ο προμηθευτής να παρέχει μετρούμενα δεδομένα χρόνου φάσης-κατά-φάση από υπάρχοντα προγράμματα, αντί για εκτιμώμενα σύνολα;

Έχει διενεργηθεί ανασκόπηση DfAM για την ελαχιστοποίηση του όγκου υποστήριξης και της πολυπλοκότητας κατάργησης;

Ποια είναι η τεκμηριωμένη απόδοση πρώτης-απόδοσης του προμηθευτή για το εν λόγω κράμα και τη γεωμετρία εξαρτημάτων;

Είναι η επιθεώρηση CMM 100% ανά εξάρτημα ή η δειγματοληψία βάσει SPC- έχει εγκριθεί για το πρόγραμμα;

Πώς χειρίζεται ο προμηθευτής την ανανέωση; Υπάρχει τεκμηριωμένη διαδικασία εκ νέου{0}}αναμονής στην ουρά και πώς κοινοποιείται ο χρόνος επανάληψης εργασίας στον πελάτη;

Ο κύκλος παράδοσης που αναφέρεται περιλαμβάνει όλα τα βήματα επεξεργασίας μετά την{0}}επεξεργασία και τη συναρμολόγηση τεκμηρίωσης ή μόνο το χρόνο κατασκευής;

Ποια είναι η απόδοση του προμηθευτή κατά την παράδοση{0}}για τα προγράμματα αυτοκινήτων τους προηγούμενους 12 μήνες;

Ένας προμηθευτής που μπορεί να απαντήσει σε όλες αυτές τις ερωτήσεις με δεδομένα μέτρησης και όχι με εκτιμήσεις, έχει σχεδόν σίγουρα επενδύσει στον σχεδιασμό ροής εργασιών μετά την{0}}επεξεργασία που καθιστά δυνατή τη συνεπή απόδοση παράδοσης αυτοκινήτου. Ένας προμηθευτής που αναφέρει τον κύκλο παράδοσης με βάση μόνο τον χρόνο κατασκευής δεν το έχει κάνει.

Συχνές Ερωτήσεις (FAQ)

Αυτές οι ερωτήσεις αντικατοπτρίζουν τις ανησυχίες που εγείρονται πιο συχνά από τους μηχανικούς αυτοκινήτων και τους υπεύθυνους προμηθειών κατά την αξιολόγηση των δεσμεύσεων του κύκλου παράδοσης για μεταλλική τρισδιάστατη εκτύπωση ανταλλακτικών αυτοκινήτων - και αντιμετωπίζουν το χάσμα μεταξύ των αναφερόμενων και των πραγματικών χρόνων παράδοσης που περιγράφονται στην αρχή αυτού του άρθρου.

Ε1: Γιατί ο αναφερόμενος χρόνος παράδοσης για την 3D εκτύπωση εξαρτημάτων οχημάτων SLM είναι τόσο συχνά μεγαλύτερος από τον αναμενόμενο;

Επειδή οι περισσότερες προσφορές χρόνου παράδοσης βασίζονται κυρίως στον χρόνο κατασκευής, ο οποίος είναι το πιο ορατό και προβλέψιμο στοιχείο του κύκλου παράδοσης. Η θερμική επεξεργασία μετά την-επεξεργασία -, η αφαίρεση υποστήριξης, το φινίρισμα επιφανειών, η επιθεώρηση και η τεκμηρίωση - αντιπροσωπεύουν συνήθως το 55–65% του συνολικού χρόνου κύκλου που έχει περάσει και η διάρκειά του είναι σημαντικά πιο μεταβλητή από την κατασκευή. Ένας προμηθευτής που παραθέτει δέκα ημέρες με βάση μια κατασκευή 28 ωρών χωρίς να υπολογίζει τον χρόνο αναμονής του κλιβάνου, τη διάρκεια αφαίρεσης υποστήριξης και τον προγραμματισμό επιθεώρησης υποβάλλει συστηματικά χαμηλότερη τιμή για τον κύκλο παράδοσης.

Ε2: Ποιος είναι ο ταχύτερος ρεαλιστικός κύκλος συνολικής παράδοσης για μεταλλική τρισδιάστατη εκτύπωση ανταλλακτικών αυτοκινήτων από αλουμίνιο ή χάλυβα;

Για μικρού έως μεσαίου μεγέθους εξαρτήματα αλουμινίου AlSi10Mg ή χάλυβα 316L με τυπικές απαιτήσεις μετα{2}}επεξεργασίας, μια καλά οργανωμένη υπηρεσία τρισδιάστατης εκτύπωσης μετάλλων μπορεί να επιτύχει συνολικά 7–10 ημέρες από την παραγγελία έως την αποστολή σε χαμηλούς όγκους. Για την επίτευξη αυτού του στόχου απαιτείται διαρκώς αποκλειστικός προγραμματισμός κλιβάνου, βελτιστοποιημένη γεωμετρία υποστήριξης DfAM-και πιστοποιημένη επιθεώρηση SPC-. Για πιο σύνθετες γεωμετρίες που απαιτούν HIP, μηχανική κατεργασία ακριβείας ή εκτεταμένους κύκλους θερμικής επεξεργασίας, οι 12-16 ημέρες είναι ένα πιο ρεαλιστικό σημείο αναφοράς. Τα προγράμματα τιτανίου και άλλων αντιδραστικών κραμάτων απαιτούν συνήθως τουλάχιστον 14–20 ημέρες.

Ε3: Πώς επηρεάζει ο χρόνος ουράς κλιβάνου τους κύκλους παράδοσης και τι μπορεί να γίνει για αυτό;

Ο χρόνος ουράς κλιβάνου είναι σταθερά η μεγαλύτερη μεμονωμένη πηγή μεταβλητότητας του κύκλου παράδοσης στα προγράμματα 3D εκτύπωσης ανταλλακτικών οχημάτων SLM. Σε κοινόχρηστα-περιβάλλοντα φούρνου, ο χρόνος αναμονής είναι κατά μέσο όρο 1,5–3 ημέρες και ποικίλλει σημαντικά από εβδομάδα σε εβδομάδα. Η πιο αποτελεσματική λύση είναι μια αποκλειστική συμφωνία προγραμματισμού κλιβάνου για επαναλαμβανόμενα προγράμματα - μια δεσμευμένη υποδοχή θεραπείας που λειτουργεί με σταθερό ρυθμό, ανεξάρτητα από τη ζήτηση άλλων προγραμμάτων. Η Sunhingstones εφαρμόζει αποκλειστικό προγραμματισμό για όλα τα προγράμματα παραγωγής σειρών αυτοκινήτων άνω των 30 μονάδων το μήνα.

Ε4: Ο σχεδιασμός-για-προσθετική-κατασκευή (DfAM) επηρεάζει πραγματικά τον χρόνο του κύκλου παράδοσης;

Σημαντικά, ναι. Ο όγκος υποστήριξης καθορίζει άμεσα τον χρόνο αφαίρεσης υποστήριξης, ο οποίος είναι το πιο μεταβλητό-βήμα επεξεργασίας ανάρτησης. Τα δεδομένα παραγωγής της Sunhingstones δείχνουν ότι τα βελτιστοποιημένα εξαρτήματα DfAM- απαιτούν σταθερά 30–50% λιγότερο χρόνο αφαίρεσης υποστήριξης από τα συμβατικά ισοδύναμα. Η μελέτη EOS/TU Munich που αναφέρεται σε αυτό το άρθρο βρήκε μια διακύμανση 3,8× στον χρόνο αφαίρεσης μεταξύ χειριστών στο ίδιο τμήμα - Το DfAM μειώνει τόσο τον μέσο όρο όσο και τη διακύμανση εκείνης της χρονικής περιόδου. Για προγράμματα αυτοκινήτων με σφιχτά παράθυρα παράδοσης, η αναθεώρηση DfAM πριν από την πιστοποίηση παραγωγής δεν είναι προαιρετική. είναι μια δραστηριότητα μετριασμού του κινδύνου παράδοσης.

Ε5: Πώς εγγυάται η Sunhingstones τις δεσμεύσεις του κύκλου παράδοσης για τρισδιάστατα εκτυπωμένα μεταλλικά μέρη αυτοκινήτου;

Η Sunhingstones αναφέρει τους κύκλους παράδοσης με βάση τις μετρημένες διάρκειες φάσης από συγκρίσιμα προγράμματα παραγωγής, όχι τα εκτιμώμενα καλύτερα-περιπτωτικά στοιχεία. Ο προγραμματισμός κλιβάνου επιβεβαιώνεται πριν αναληφθεί δέσμευση παράδοσης για οποιοδήποτε πρόγραμμα άνω των 20 μονάδων. Η απόδοση CMM αξιολογείται με βάση το τρέχον φόρτο του προγράμματος και η πιστοποίηση SPC ολοκληρώνεται πριν από την έκδοση της σειράς για όλα τα επαναλαμβανόμενα προγράμματα. Η απόδοση στην ώρα παράδοσης για προγράμματα αυτοκινήτου παρακολουθείται με στόχο 95% την-ώρα έως την ημερομηνία παράδοσης.

Ε6: Τι πρέπει να συμπεριλάβω σε ένα αίτημα για προσφορά (RFQ) για να λάβω μια ακριβή εκτίμηση του κύκλου παράδοσης για εξαρτήματα οχημάτων εκτύπωσης 3D SLM;

Συμπεριλάβετε τα ακόλουθα στο RFQ σας: πλήρη δεδομένα CAD στην τελική γεωμετρία παραγωγής (όχι πρωτότυπη παραλλαγή). το απαιτούμενο φινίρισμα επιφάνειας σε κάθε λειτουργική επιφάνεια. τις ισχύουσες προδιαγραφές υλικού και οποιαδήποτε απαίτηση θερμικής επεξεργασίας· την απαιτούμενη τεκμηρίωση ποιότητας (έκθεση CMM, πιστοποιητικό υλικού, αρχεία διαδικασίας)· τον ετήσιο ή μηνιαίο όγκο· και την απαιτούμενη συχνότητα παράδοσης (εβδομαδιαία, δι-εβδομαδιαία, μηνιαία). Με αυτές τις πληροφορίες, ένας προμηθευτής μπορεί να αναφέρει έναν κύκλο παράδοσης με βάση την πραγματική ακολουθία επεξεργασίας μετά την-απαιτούμενη - όχι μια γενική εκτίμηση που παραλείπει τα βήματα που απαιτούν τον περισσότερο χρόνο.

Συμπέρασμα: Ο κύκλος παράδοσης είναι η όλη διαδικασία, όχι μόνο η κατασκευή

Ο διαχειριστής προγράμματος στο σενάριο ανοίγματος δεν είχε πρόβλημα εκτύπωσης. Η κατασκευή SLM ήταν γρήγορη, ακριβής και εντός χρονοδιαγράμματος. Αυτό που έλειπε ήταν μια ροή εργασιών επεξεργασίας ανάρτησης-που σχεδιάστηκε για να ταιριάζει με τον κύκλο παράδοσης που χρειαζόταν ο πελάτης - και μια προσφορά κύκλου παράδοσης που αντικατόπτριζε τον πραγματικό χρόνο που έχει παρέλθει κάθε φάσης, όχι μόνο τη διάρκεια κατασκευής της επικεφαλίδας.

Για τις αλυσίδες εφοδιασμού αυτοκινήτων, όπου η ακρίβεια παράδοσης είναι συμβατική υποχρέωση και ένα χαμένο παράθυρο έχει πραγματικές οικονομικές συνέπειες, ο κύκλος παράδοσης των μεταλλικών εξαρτημάτων αυτοκινήτου τρισδιάστατης εκτύπωσης πρέπει να σχεδιαστεί τόσο σκόπιμα όσο και τα ίδια τα εξαρτήματα. Αυτό σημαίνει αποκλειστική χωρητικότητα κλιβάνου, DfAM-βελτιστοποιημένη γεωμετρία υποστήριξης, SPC-κατάλληλη επιθεώρηση, παράλληλη επεξεργασία όπου είναι δυνατόν και δεσμεύσεις κύκλου παράδοσης που βασίζονται σε δεδομένα μετρήσεων φάσης.

Η Sunhingstones έχει αποδείξει στη σειρά παραγωγής ότι η μείωση του κύκλου παράδοσης από 18 ημέρες σε 9,2 ημέρες είναι εφικτή χωρίς αλλαγή της διαδικασίας SLM, του κράματος ή του σχεδιασμού εξαρτημάτων - απλώς σχεδιάζοντας τη ροή εργασίας μετά την-επεξεργασία ώστε να ταιριάζει με τις απαιτήσεις του πελάτη του αυτοκινήτου. Εάν ο οργανισμός σας αντιμετωπίζει προκλήσεις στον κύκλο παράδοσης με ένα υπάρχον πρόγραμμα υπηρεσίας μεταλλικής τρισδιάστατης εκτύπωσης ή σχεδιάζει ένα νέο πρόγραμμα ανταλλακτικών οχημάτων εκτύπωσης 3D SLM και χρειάζεται ρεαλιστική υποστήριξη προγραμματισμού κύκλου, η ομάδα μηχανικών παραγωγής Sunhingstones είναι διαθέσιμη να βοηθήσει.

Αναφορές και περαιτέρω ανάγνωση

Οι ακόλουθες πηγές ενημέρωσαν τα δεδομένα και το τεχνικό περιεχόμενο που αναφέρονται σε αυτό το άρθρο:

Fraunhofer Institute for Laser Technology (2022). Συγκριτική αξιολόγηση των επιδόσεων παράδοσης πρόσθετων κατασκευαστών σε αλυσίδες εφοδιασμού αυτοκινήτων. Fraunhofer ILT. www.ilt.fraunhofer.de/en/press/press-releases/2022-additive-manufacturing-automotive-benchmarking.html

Manufacturing Technology Center (2022). Μεταβλητότητα προγραμματισμού θερμικής επεξεργασίας στην παραγωγή προσθέτων: Ανάλυση δεδομένων παραγωγής. MTC Coventry. www.the-mtc.org/research/additive-manufacturing

Liu, Υ. et αϊ. (2023). "Αποσύνθεση του κύκλου παράδοσης και ανάλυση χρόνου μετά την{4}}επεξεργασία σε προγράμματα κατασκευής πρόσθετων αυτοκινήτων." International Journal of Production Research, 61(14), pp. 4821–4838. doi.org/10.1080/00207543.2022.2129465

EOS GmbH και Τεχνικό Πανεπιστήμιο Μονάχου (2021). Μεταβλητότητα χειριστή στην αφαίρεση υποστήριξης SLM: Μελέτη χρόνου παραγωγής. Τεχνική Έκθεση EOS. www.eos.info/en/additive-manufacturing/research-development

Park, S. et al. (2022). "Στρατηγική επιθεώρησης βάσει SPC{4} για πρόσθετα εξαρτήματα κατασκευής αυτοκινήτων: χρόνος κύκλου και ποιοτικά αποτελέσματα." Journal of Manufacturing Systems, 64, pp. 390–401. doi.org/10.1016/j.jmsy.2022.06.018

Wohlers Associates (2023). Έκθεση Wohlers 2023: 3D Printing and Additive Manufacturing - Παγκόσμια κατάσταση της βιομηχανίας. Wohlers Associates. www.wohlersassociates.com/wohlers-αναφορά

ASTM International - ASTM F3303: Standard for Additive Manufacturing - Post Processing Methods. www.astm.org/f3303.html

IATF 16949:2016. Απαιτήσεις Συστήματος Διαχείρισης Ποιότητας για Οργανισμούς Παραγωγής Αυτοκινήτων και Συναφών Ανταλλακτικών Υπηρεσιών. International Automotive Task Force. www.iatfglobaloversight.org/iatf-16949/iatf-169492016

ACEA (Ευρωπαϊκή Ένωση Κατασκευαστών Αυτοκινήτων) - Έγγραφο θέσης σχετικά με την κατασκευή πρόσθετων στις αλυσίδες εφοδιασμού αυτοκινήτων (2022). www.acea.auto/publication/position-χαρτί-additive-κατασκευή

ESTA (European Smoking and Tobacco Association) - Καθοδήγηση για την ιχνηλασιμότητα της εφοδιαστικής αλυσίδας και την τεκμηρίωση παραγωγής (2023). Αναφέρεται για διατομεακό-πλαίσιο ιχνηλασιμότητας παραγωγής. www.esta.org