Zespół współpracujący z Oak Ridge National Laboratory rozwiązał problem łańcucha dostaw obrabiarek. Pierwszy krok: drukowanie 3D największego odlewu.

W zdalnych laboratoriach naukowcy i inżynierowie reprezentujący firmy publiczne i prywatne pracują nad przywróceniem i ustabilizowaniem dominacji amerykańskiej produkcji. Celem nie jest rozwiązywanie problemów amerykańskiego łańcucha dostaw, ale przyspieszenie wykrywania istniejących problemów krajowego przemysłu obrabiarek. Innymi słowy, wykorzystaj narzędzia i technologie, które teraz są nam potrzebne, aby odzyskać przewagę konkurencyjną.

Centrum operacji znajduje się w Oak Ridge National Laboratory (ORNL) w Tennessee, naukowym i technologicznym centrum badawczo-rozwojowym finansowanym ze środków federalnych, sponsorowanym przez Departament Energii Stanów Zjednoczonych (DOE). Około 10 mil od zielonego kampusu ORNL znajduje się zakład demonstracyjny produkcji DOE, duży otwarty obiekt zaprojektowany w celu „szybkiego zademonstrowania wczesnych technologii produkcji badawczo-rozwojowej i optymalizacji kluczowych procesów”.

Niedawno pojawił się raport o planie promowanym przez ORNL, który ma na celu zwiększenie przepustowości istniejącej bazy obrabiarek CNC w Stanach Zjednoczonych. Jednak podstawową technologią, którą próbują opracować naukowcy z demonstracyjnego zakładu produkcyjnego ORNL, jest wytwarzanie addytywne (AM).

Zarówno publikacja, jak i magazyn Additive Manufacturing Journal obszernie pisały o tym, jak Obróbka CNC a produkcja addytywna staje się coraz bardziej zintegrowana. Najczęściej używa się narzędzi do drukowania 3D, aby znacznie skrócić czas dostawy i obniżyć koszty, zwłaszcza w przypadku produkcji małoseryjnej, części o wysokiej wartości. Jednak cele najnowszego eksperymentu naukowców z Oak Ridge są znacznie wyższe niż przyrządy drukowane w 3D i armatura.

Jaki jest jego cel? Do samego łóżka drukarki 3D, a przynajmniej jego największego elementu.

Projekt Laboratorium Narodowego Oak Ridge

Obok formy podstawowej łóżka drukarki 3D w Oak Ridge National Laboratory, stojącej wewnątrz maszyny Cincinnati BAAM. Źródło obrazu: Narodowe Laboratorium Oak Ridge

Nie łam zasad

ACE oznacza program „Forefront” w Stanach Zjednoczonych, który reprezentuje nową współpracę między DOE i DOD w zakresie przemysłowej analizy fundamentalnej i programów zrównoważonego rozwoju. ACE składa się z szeregu projektów, które są zbiorową odpowiedzią na spadek możliwości obrabiarek w USA w ciągu ostatnich kilku dekad, a Departament Obrony postrzega to zjawisko jako zagrożenie dla bezpieczeństwa narodowego. Powodem spadku jest spadek udziału Stanów Zjednoczonych w światowym rynku obrabiarek (z 23.2% w 1998 r. do 6.2% w 2010 r.) oraz różnica w wydatkach USA na import obrabiarek (8.6 mld USD w 2018 r. ) i sprzedaży eksportowej. (4.2 mln USD).

Według Tony'ego Schmitza, profesora na Uniwersytecie Tennessee w Knoxville i członka współwydziału ORNL, w momencie uruchomienia programu ACE, kilku partnerów branżowych: Biuro Polityki Przemysłowej Departamentu Obrony, Industrial Basic Analysis and Maintenance Program, ORNL , Advanced Composite Manufacturing Innovative Company i University of Tennessee Knoxville wspólnie omówili pomysł wykorzystania wielkoformatowego druku polimerowego Oak Ridge do produkcji podstawowych form do obrabiarek do betonu.

Powód jest prosty: większość obrabiarek ma elementy odlewane, a infrastruktura odlewnicza w USA, która spełnia te potrzeby, gwałtownie spadła w ostatnich dziesięcioleciach. Schmitz powiedział na przykład, że w 1987 r. w Stanach Zjednoczonych istniały 774 zakłady żeliwne. W ostatnich latach liczba ta spadła do mniej niż połowy, czyli 330. Schmitz powiedział, że wiele z tych pozostałych zakładów nie ma skali i skali do produkcji odlewów do dużych obrabiarek. Rezultatem jest przejście na dużą skalę do zagranicznych źródeł dużych odlewów maszynowych.

Zespół ACE jest przekonany, że przemieszczenie infrastruktury obrabiarek przyniesie następujące korzyści: wzrost amerykańskiej gospodarki i siły roboczej, wsparcie Departamentu Obrony oraz skrócenie łańcucha dostaw i odległości transportowej między dużymi producentami odlewów a OEM obrabiarek. Opierając się na doświadczeniu Oak Ridge w wielkoformatowym polimerowym druku 3D, uważa się, że drukowane w 3D formy polimerowe wypełnione betonem mogą stanowić lepszą alternatywę niż tradycyjne odlewy metalowe.

Maszyna, którą buduje zespół, jest w rzeczywistości narzędziem hybrydowym, połączeniem trójosiowego pionowego centrum obróbkowego CNC i łukowej drukarki 3D, a jej obciążenie pracą może zmieścić się w średnim zakresie typowego VMC. Jednak forma do drukowania 3D zastosowana do podstawy maszyny jest bardzo duża: 156 cali x 78 cali x 96 cali, cała wydrukowana w Oak Ridge przy użyciu systemu BAAM firmy Cincinnati, przy użyciu 20% cząstek ABS z włókna węglowego do stopienia i wytłaczania w celu osadzania w wielu warstwach . Obliczona grubość ściany może wytrzymać kolejne wprowadzone ciśnienie: 15,000 XNUMX funtów wylanego betonu.

Niestandardowa konstrukcja zbrojenia została obniżona w formie drukowanej w 3D. Przed rozpoczęciem wlewania betonu czujnik jest mocowany na stalowym pręcie.

(Uwaga na temat użycia tutaj terminu „forma”: inżynierowie, którzy zbudowali maszynę hybrydową w ORNL, postanowili utrzymać wydrukowaną strukturę 3D na miejscu, co sprawiło, że element był bardziej skorupą niż formą. Wskazuje to jednak również, że w ogóle nie ma potrzeby pozostawiania skorupy na miejscu. W tym przypadku bardziej odpowiedni jest termin „pleśń”.)

We wrześniu ORNL wylało beton do formy. Po umieszczeniu formy na zewnątrz zespół obniżył prefabrykowaną konstrukcję stalową, aby dopasować ją do wymiarów wewnętrznych. Ta wzmocniona konstrukcja nie tylko zwiększa wytrzymałość, ale służy również jako tymczasowy obszar dla wielu czujników, w tym rejestratorów temperatury i trójosiowych akcelerometrów.

Gdy beton wypełnia wnękę w ciągu 30 minut, ma wiele czujników osadzonych w podstawie, do których można uzyskać dostęp przez podajnik drutu umieszczony na zewnątrz maszyny. Kiedy inżynierowie obliczyli, że oczekiwane ciśnienie wewnątrz formy wynosi 3.8 megapaskali, zaprojektowali konstrukcję tak, aby wytrzymała granicę plastyczności 16.4 megapaskali w kierunku pionowym, a kierunek warstw zadruku stanowił najniższą wytrzymałość projektu.

Po zalaniu sprzęt nadal znajduje się na zewnątrz w miarę postępu utwardzania. Czujnik śledził wzrost temperatury wewnętrznej do 150°F (temperatura ta nie jest spowodowana letnim upałem w Tennessee, ale reakcją egzotermiczną, gdy beton zaczyna twardnieć). Pleśń pozostawała na zewnątrz przez następne 20 dni.

Po całkowitym utwardzeniu betonu cała jednostka jest obracana o 90 stopni i transportowana w demonstracyjnym zakładzie produkcyjnym. Kolejny zestaw testów będzie wykorzystywał akcelerometr osadzony na betonowej podstawie.

Inżynierowie przeprowadzili testy udarności na obszarze, w którym znajdował się stół roboczy maszyny, aby zmierzyć dynamikę konstrukcji przed zainstalowaniem sterownika. Później, gdy maszyna zakończy pracę, te częstotliwości drgań własnych, wartości sztywności modalnej i współczynnik tłumienia wpłyną na wydajność maszyny, a wbudowane czujniki pomogą monitorować wibracje maszyny i informować o ogólnej prędkości i wyborze posuwu. Ale następnym krokiem (już wkrótce) będzie zainstalowanie palnika spawalniczego (który będzie używany w procesie online arc AM) i wrzeciona frezującego.

Kiedy to wszystko zostało zrobione i kiedy system został zintegrowany z CNC, księżyc wylądował.

Określono jednak co najmniej jeden ostry kontrast między tradycyjną podstawą maszyny a drukowaną/betonowaną podstawą maszyny w 3D. Koszt betonu to około 100 dolarów za jard sześcienny, czyli 2.5 centa za funt. Schmitz powiedział, że chociaż koszt żeliwa zawsze zależy od zmiennego stosunku wielkości części, złożoności i jakości, typowy koszt odlewów wysyłanych z Azji do Stanów Zjednoczonych wynosi od 75 centów do 2.50 dolara za funt. Koszt materiału do drukowania 3D wynosi 6 USD za funt i ma możliwość ponownego wykorzystania i recyklingu materiału. Nadal możesz używać form do drukowania 3D i betonu, aby zaoszczędzić sporo kosztów. Wszystkie te rozważania są częścią ogólnych korzyści, jakie zespół ACE przewidział dla projektu.

Schmitz powiedział: „Próbujemy przeprowadzić plan lądowania na Księżycu w produkcyjnym zakładzie demonstracyjnym, który zwykle jest zgodny z IMTS”. „Jego rolą jest naprawdę poszerzyć myślenie i wyobraźnię badaczy pracujących ramię w ramię z branżą, aby zrozumieć, czy możemy przekroczyć to, co jest uważane za granicę. To tylko jeden przykład tego rodzaju”.

Dr Lonnie Love, lider zespołu badawczego ORNL zajmującego się badaniem systemów produkcyjnych, powiedział: „Ciśnienie jest naprawdę duże”. „Wiesz, dla tego projektu opracowaliśmy nowe materiały, nowe procesy i nowe środki kontroli. Efektem końcowym nie jest to, że rozwiązaliśmy wszystkie problemy. Ale przyspiesza to naszą identyfikację rzeczywistych problemów, które musimy zrozumieć ”.

Link do tego artykułu: Zespół współpracujący w celu rozwiązania problemów związanych z łańcuchem dostaw obrabiarek: druk 3D może być pierwszym wyborem

Oświadczenie o przedruku: Jeśli nie ma specjalnych instrukcji, wszystkie artykuły na tej stronie są oryginalne. Proszę wskazać źródło przedruku: https://www.cncmachiningptj.com/，thanks！

Metalowa blacha, beryl, stal węglowa, magnez, 3D drukowanie, usługi precyzyjnej obróbki skrawaniem CNC dla przemysłu ciężkiego, budowlanego, rolniczego i hydraulicznego. Nadaje się do tworzyw sztucznych i rzadkich obróbka stopów. Może toczyć części o średnicy do 15.7 cala. Procesy obejmują obróbka szwajcarskaprzeciąganie, toczenie, frezowanie, wytaczanie i gwintowanie. Zapewnia również polerowanie metali, malowanie, szlifowanie powierzchni i wał usługi prostowania. Zakres produkcji wynosi do 50,000 XNUMX sztuk. Nadaje się do śrub, złączy, Łożyskopompa, biegobudowa skrzyniowa, suszarka bębnowa i podajnik obrotowy zawór Applications.PTJ opracuje strategię z Tobą, aby zapewnić najbardziej opłacalne usługi, które pomogą Ci osiągnąć swój cel, Zapraszamy do kontaktu z nami ( sprzedaz@pintejin.com ) bezpośrednio do nowego projektu.