Wprowadzenie: Innowacyjne podejście do krytycznych komponentów w przemyśle
W dzisiejszym dynamicznie rozwijającym się świecie przemysłu, poszukiwanie efektywnych i ekonomicznych metod produkcji specjalistycznych komponentów staje się kluczowe dla utrzymania konkurencyjności. Szczególnym wyzwaniem bywa wytwarzanie części o skomplikowanych geometriach lub produkowanych w krótkich seriach, gdzie tradycyjne metody często okazują się nieefektywne i kosztowne. Przykładem takiego krytycznego elementu jest złączka (Adapter Plate), przeznaczona do montażu w komorze gazów obojętnych, potocznie nazywanej "inert bubble". Komora ta pełni niezwykle ważną funkcję w wielu procesach produkcyjnych, zwłaszcza tych wymagających kontrolowanej atmosfery. Jej głównym zadaniem jest eliminacja tlenu ze strefy roboczej, co zapobiega niepożądanemu utlenianiu się materiałów. Ma to bezpośredni wpływ na jakość i właściwości finalnego produktu, na przykład poprzez zapobieganie utlenianiu się warstw materiału nakładanego w procesach spawalniczych lub druku 3D z metalu, gwarantując lepszą, bardziej stabilną mikrostrukturę oraz czystość powierzchni. Niniejszy artykuł przedstawia studium przypadku, w którym zastosowanie innowacyjnej technologii druku 3D z metalu firmy Meltio, w połączeniu z precyzyjną obróbką ubytkową, pozwoliło na rewolucję w procesie produkcji wspomnianej złączki. Analiza skupi się na znaczącej redukcji kosztów wytworzenia oraz optymalizacji kształtu komponentu, demonstrując wymierne korzyści płynące z wdrożenia nowoczesnych metod produkcyjnych.
Od tradycyjnych wyzwań do innowacyjnego rozwiązania z technologią Meltio
Wytwarzanie precyzyjnych komponentów metalowych, takich jak analizowana złączka (Adapter Plate), tradycyjnymi metodami wiązało się z fundamentalnymi wyzwaniami, które negatywnie rzutowały na koszty, czas i ogólną efektywność produkcji. Konwencjonalne podejście, opierające się przede wszystkim na obróbce skrawaniem z pełnych bloków materiału, było źródłem kilku kluczowych problemów. Do najpoważniejszych należało znaczne marnotrawstwo surowca, wynikające z bardzo niekorzystnego stosunku ilości materiału zakupionego do masy finalnego komponentu, co określa się mianem wysokiego wskaźnika buy-to-fly. Generowało to nie tylko wysokie koszty zakupu materiałów, ale również duże ilości odpadów.
Kolejnym mankamentem były długie czasy obróbki, szczególnie przy wykorzystaniu nie w pełni zoptymalizowanego parku maszynowego CNC. W przypadku małych serii produkcyjnych, te czynniki prowadziły do wysokich kosztów jednostkowych i, w konsekwencji, do niskiej rentowności. Dodatkowo, rozważane jako alternatywa zlecanie produkcji podmiotom zewnętrznym wiązało się z innymi niedogodnościami, takimi jak zwiększona zależność od dostawców, co często skutkowało wydłużonymi terminami realizacji i ograniczoną elastycznością produkcyjną. Te skumulowane problemy – wysokie straty materiałowe, zwiększone koszty surowców, długie czasy obróbcze oraz niska rentowność przy małych wolumenach – wymusiły poszukiwanie nowatorskich metod wytwarzania.
W odpowiedzi na te ograniczenia wdrożono innowacyjny proces produkcyjny oparty na technologii Meltio LMD (Laser Metal Deposition). Przyjęta strategia polegała na druku 3D z metalu kształtu złączki maksymalnie zbliżonego do finalnego (tzw. near-net shape), po którym następowała jedynie selektywna obróbka skrawaniem krytycznych powierzchni. Takie hybrydowe podejście, łączące zalety produkcji addytywnej i subtraktywnej, pozwoliło na fundamentalną zmianę. Przede wszystkim umożliwiło drastyczne zmniejszenie ilości materiału usuwanego podczas obróbki wykańczającej, co bezpośrednio przełożyło się na znaczące ograniczenie odpadów i skrócenie czasochłonnych operacji skrawania. Dzięki temu większość komponentu mogła pozostać w stanie po wydruku, przy jednoczesnym zachowaniu niezbędnej precyzji w kluczowych obszarach części. Wdrożenie tej metody zapowiadało istotną poprawę efektywności materiałowej oraz znaczącą redukcję całkowitych kosztów produkcji, co miało zostać potwierdzone w szczegółowej analizie wyników.
Szczegóły wdrożenia czyli produkcja złączki Adapter Plate z wykorzystaniem Meltio M600
Centralnym elementem analizowanego wdrożenia była produkcja kluczowej złączki, określanej jako Adapter Plate, o średnicy 150 mm, przeznaczonej do zastosowania w komorze gazów obojętnych. Do realizacji tego zadania wybrano zaawansowany system do druku 3D z metalu Meltio M600. Wybór ten podyktowany był możliwościami maszyny w zakresie precyzyjnego nanoszenia materiału oraz jej zdolnością do pracy ciągłej, co jest istotne przy optymalizacji procesów produkcyjnych. Jako materiał konstrukcyjny posłużyła stal nierdzewna 316L w formie drutu. Decyzja o wykorzystaniu drutu jako surowca była strategiczna, ponieważ w porównaniu do alternatywnych technologii bazujących na proszkach metali, drut jest rozwiązaniem bardziej przystępnym cenowo oraz bezpieczniejszym w obsłudze i przechowywaniu.
Proces produkcyjny złączki został starannie zaplanowany i podzielony na dwa główne etapy. Pierwszym krokiem było addytywne wytworzenie komponentu o kształcie maksymalnie zbliżonym do finalnego (near-net shape) przy użyciu technologii LMD (Laser Metal Deposition) w systemie Meltio M600. Czas potrzebny na wydrukowanie jednej złączki wyniósł 8 godzin. Po zakończeniu druku 3D, komponent przechodził do drugiego etapu, którym była obróbka wykańczająca. Polegała ona na selektywnym skrawaniu jedynie tych powierzchni, które ze względów funkcjonalnych wymagały najwyższej precyzji i określonej chropowatości. Czas poświęcony na tę częściową obróbkę mechaniczną wyniósł 4 godziny. Istotnym aspektem tego hybrydowego podejścia jest fakt, że większość powierzchni gotowego elementu pozostała w stanie takim, w jakim została wydrukowana (as-printed condition), co znacząco zredukowało potrzebę dalszej obróbki i związane z nią koszty oraz czas.
Dane potwierdzające skuteczność, czyli wymierne efekty zastosowania Meltio
Wdrożenie technologii Meltio w procesie produkcji złączki (Adapter Plate) dostarczyło przekonujących dowodów na jej znaczącą przewagę nad dotychczas stosowanymi metodami. Analiza przypadku wykazała, że zastosowanie tego innowacyjnego podejścia przełożyło się na konkretne, mierzalne korzyści w kluczowych obszarach, takich jak koszty produkcji, efektywność materiałowa oraz optymalizacja samego procesu wytwarzania. Te konkretne dane liczbowe i zaobserwowane usprawnienia procesowe dobitnie świadczą o skuteczności oraz wszechstronnych korzyściach płynących z wdrożenia rozwiązania Meltio, które przedstawiają się następująco:
Znacząca redukcja kosztów produkcji
- Całkowity koszt wytworzenia jednej złączki metodą Meltio wyniósł 264,54 €.
- Osiągnięto oszczędność 50% w porównaniu do tradycyjnej obróbki skrawaniem, której koszt wynosił 524,79 €.
- W stosunku do kosztów outsourcingu, sięgających 700,00 € za sztukę, oszczędność przekroczyła 60%.
Radykalna optymalizacja zużycia materiału
- Wskaźnik buy-to-fly uległ drastycznej poprawie, spadając z 19,74 dla metody tradycyjnej do zaledwie 1,11 przy zastosowaniu technologii Meltio.
- Oznacza to niemal całkowite wykorzystanie surowca i minimalizację odpadów, w przeciwieństwie do ponad 40 kg odpadów materiałowych generowanych na każdą część przy tradycyjnej obróbce.
Istotne usprawnienie procesu produkcyjnego
- Drukowanie komponentów w kształcie zbliżonym do finalnego (near-net shape) znacząco zredukowało zakres koniecznej obróbki skrawaniem.
- Realizacja całego procesu wewnątrzzakładowo zwiększyła elastyczność produkcji.
- Umożliwiono szybsze prototypowanie i wprowadzanie iteracji bez opóźnień związanych z zależnością od zewnętrznych kooperantów.
Strategiczne korzyści i przyszłość produkcji z technologią Meltio
Studium przypadku złączki (Adapter Plate) pokazuje, że technologia Meltio LMD oferuje strategiczne korzyści dla nowoczesnej produkcji. Kluczową zaletą jest większa elastyczność i zwinność, szczególnie przy małych seriach i prototypach, co zmniejsza zależność od dostawców i przyspiesza reakcję na potrzeby rynku. Technologia ta wspiera również zrównoważony rozwój poprzez znaczną redukcję odpadów i efektywniejsze wykorzystanie surowców, co jest zgodne z trendami odpowiedzialnej produkcji. Rozwiązanie jest skalowalne i może być stosowane do produkcji innych komponentów, także w wymagającym sektorze maszyn ciężkich, dostarczając wytrzymałe i precyzyjne elementy. Istnieje również potencjał dalszej optymalizacji, zwłaszcza w obszarze obróbki wykańczającej, co może prowadzić do dodatkowych oszczędności.
Podsumowując, technologia Meltio łącząca druk 3D z metalu z selektywną obróbką jest kluczem do znacznej redukcji kosztów, optymalizacji materiałowej i zwiększonej elastyczności produkcji. To krok w stronę efektywniejszej i bardziej konkurencyjnej przyszłości wytwarzania.
Źródło: Meltio
