Hy­bri­di­val­mis­tus-case: Rosendahl Nextrom

Rosendahl Nextrom otti yhteyttä Etteplanin AMO-tiimiin komponentin valmistukseen liittyvässä haasteessa. Kyseistä alumiinikomponenttia käytetään erittäin vaativassa ympäristössä, jossa lämpötilat nousevat yli 1000 °C:seen. Osaan oli integroitava sisäiset kanavat jäähdytysvedelle, jotta osan lämpötila pysyy sulamispistettä matalampana. Aiempi, erittäin monimutkainen ratkaisu koostui 8 yksittäisestä osasta, 11 hitsisaumasta sekä jokaisen hitsin jälkeen vaadittavasta koneistusvaiheesta. Erittäin vaikea valmistusprosessi ei soveltunut tuotantoon. Komponenttia lähdettiin suunnittelemaan uudelleen tavoitteena hyödyntää tarvittaessa lisäävää valmistusta (AM) ja vähentää hitsauksen ja yksittäisten osien tarvetta tinkimättä tuotteen jäähdytyksen tasosta.

DFMA (Design for Manufacturing and Assembly) on suunnittelumenetelmä, jolla voidaan yksinkertaistaa tuotteen rakennetta, alentaa valmistus- ja kokoonpanokustannuksia ja tehostaa valmistusprosessia. DFMA ja siitä versonut vielä tehokkaampi Down-Costing (DC) -menetelmä ovat kuuluneet Etteplanin palvelutarjontaan jo 15 vuotta. Olemme kouluttaneet yli 40 omaa työntekijäämme ja 60 tärkeimpien asiakkaidemme työntekijää näiden menetelmien asiantuntijoiksi. DFMA-menetelmä osoittautui tässä asiakastapauksessa erityisen hyödylliseksi ottaen huomioon lopputuotteen väistämättä erittäin kompleksinen rakenne sekä tarve löytää tasapaino lukuisten suunnittelutavoitteiden ja valmistettavuuden välille.

Uudelleensuunnitteluprojekti käynnistettiin selvittämällä tarkasti kootun komponentin jokaisen yksittäisen osan tarkoitus ja sovittamalla ne ja tuotteelle asetetut vaatimukset yhteen. Kun osien tarkoituksesta ja vaatimuksista oli muodostettu selkeä kuva, ensimmäisissä suunnittelukonsepteissa pureuduttiin sekä mahdollisuuksiin yhdistää yksittäisiä osia että potentiaalisiin valmistusmenetelmiin. Lisäksi otettiin selvää kaikista immateriaalioikeuksista, jotta niiden loukkaukset voitiin välttää.

Kuva 1. Etteplanin DFMA-periaatteiden mukainen hybridivalmistusratkaisu. (LPBF = jauhepetitulostus, AM-menetelmä). Huom: ratkaisun yksityiskohtia on muutettu ja/tai piilotettu Rosendahl Nextromin immateriaalioikeuksien suojelemiseksi.

Kuvassa 1 on yhteenveto uuden ratkaisun valmistusmenetelmästä. Komponentin runko-osa sekä identtiset päätyosat valmistettiin AM-menetelmällä, joissa kaikissa oli sisäiset jäähdytyskanavat. AM-menetelmän ansiosta kanavia voitiin yksinkertaistaa ja jäähdytysveden kiertoa tehostaa (ks. kuva 2). Tietyt 3D-tulostettujen osien pinnat koneistettiin välittömästi tulostuksen jälkeen. Kaksi yksinkertaisempaa osaa valmistettiin sorvaamalla. Osat hitsattiin runko-osaan ennen kuin vaatimusten kannalta tärkeimmät pinnat koneistettiin. Loppukokoonpanossa päätyosat pultataan runko-osaan kiinni. Valmis komponentti on kuvassa 3.

Hybridivalmistusta ja DFMA-menetelmää hyödyntäen Etteplan pystyi suunnittelemaan vaativan rakenteen, joka soveltui tuotantoon ja saavutti kaikki Rosendahl Nextromin projektille asettamat tavoitteet. Uudessa ratkaisussa oli vähemmän osia (8 → 5), hitsisaumoja (11 → 2) ja koneistussyklejä, ja se myös painoi vähemmän (5,8 → 4,3 kg). Lisäksi integroidut jäähdytyskanavat alentavat niin tehokkaasti lämpötilaa, että alumiinikomponenttia voidaan käyttää ympäristössä, jossa lämpötila nousee yli 1000 °C:seen.