Sacotec Day – verkkokurssi, päivä 3 – osa1

Esitys aiheesta: "Sacotec Day – verkkokurssi, päivä 3 – osa1"— Esityksen transkriptio:

1 Sacotec Day – verkkokurssi, päivä 3 – osa1
SUUNNITTELU, TYÖKALUT 3D-PRINTTITEKNIIKAT,

2 Sarjatuotantomenetelmä
Useissa vaiheissa tuotteita käsitellään “ryppäinä” Jokaista teräskappaletta varten tarvitaan yksi vahamalli Tuotteen muodot ja mitat kopioituvat samanlaisina vahanpuristustyökalusta sarjasta toiseen Vahamallien valmistuksessa ruiskupuristetaan yksittäisiä vahamalleja tai ns. Vahaelementtejä (vahapuun oksia), joissa saattaa olla 2 – 16 syöttökanavalla yhdistettyä vahamallia. Asiakkaan arvioimalla vuosituotantomenekillä on vaikutusta vahamallien lukumäärään “oksassa”. Mahdollisimman oikein mitoitettu vuosimenekki määrittää vahamallituotannon tuottavuuden kannalta oikean vahatyökalun kavitioiden lukumäärän ja sitä kautta myös oikein tehdyn hinnoittelun. Liian alhaiseksi arvioitu vuosivolyymi voi tarkoittaa kavitiomäärän alimitoitusta ja sitä kautta todellisen menekin selvittyä, heikkoa vahamallivalmistuksen tuottavuutta. Ennen pitkää tämä tarkoittaa kavitiolukumäärän lisäystarvetta ja lisätyökalukustannusta asiakkaalle. Yhdessä vahapuussa (käsittely-yksikössä) voi olla vahamallia. Kokonaisena vahapuuna (tuotantoyksikkönä) kappaleita käsitellään valmistusprosessin seuraavissa vaiheissa: keraamisen kuoren valmistus, vahanpoisto, kuoren sintraus, valu sekä kuorimateriaalin poisto sinkouksessa.

3 Valmistusmenetelmien vertailu
Taulukon tarkoitus auttaa hieman ymmärtämään valmistusmenetelmien eroavaisuuksia sekä valmistusmenetelmään että kappaleeseen liittyvien asioiden kannalta. Kappaleiden muodot vaikuttavat vertailuun suuresti, joten taulukon sanoma on vain suuntaa antava. Vasemmassa laidassa ylimpänä on valumenetelmiä eroteltuna kertamuotti ja kestomuotti menetelmiin. Samassa laidassa alimpana on muita valmistusmenetelmiä. Taulukon soluissa on tähdillä (*, **,*** ja ****) verrattu valmistusmenetelmien jotain ominaisuutta muiden menetelmien vastaaviin. Yksi tähti tarkoittaa edullisinta (esim kustannus), lyhyintä (esim toimitusaika), parhainta (esim mittatarkkuus) taikka laajinta (esim r-ainevalikoima). Vastaavasti neljä tähteä tarkoittaa kalleinta, pisintä, huonointa taikka suppeinta. Eri valmistusmenetelmillä voi olla samoja tähtimääriä, joka tarkoittaa että ne ovat suurin piirtein sen ominaisuuden osalta tasavahvoja. Yksi tähtiset taulukon ruudut on värjätty harmaiksi helpottamaan menetelmien ominaisuuksien nopeaa analyysiä.

4 RAAKA-AINE- JA ENERGIATASEET
Valmistettaessa 1 kg:n tyypillinen tarkkuusvalukappale teräsaihiosta (esim. tangosta koneistamalla) ja sama osa tarkkuusvaluna on saatu keskimäärin seuraavanlaisia raaka-aine- ja energiataseita: Raaka-aine: teräspuolivalmiste tarkkuusvalu terässulaa 6.84 kg terässulaa 2.85 kg todellinen teräspuolivalmiste 6.43 kg kg kieroromua sula- ja valssaushäviöitä 0.41 kg 1 kg valmisosa haaskaa 5.43 kg lastuja kg lastuja = yhteensä 5.84 kg raaka-ainehukkaa = yhteensä 1.85 kg raaka- ainehukkaa Energia: 141 MJ MJ lastuaminen 125 MJ lastuaminen 3.2 MJ energia / 1 kg valmisosa: 266 MJ MJ

5 Tuotteen elinkaaren vaiheet
8/29/2019 Tuotteen elinkaaren vaiheet PROTOTYYPPI 0-SARJA RAMP-UP & TUOTANTO RAMP-DOWN Tuotannon joustavuus Tuotantoon palauttamisen nopeus Suunnittelun asiantuntemus Muuttamisen vapaus Toimitusvarmuus Skaalautuvuus teolliseen tuotantoon Varaosien saatavuus Prototyypin toimitusnopeus Työkalun säilytys Toistettavuus Tuotantoon palauttamisen nopeus Varaosien saatavuus Tuotantoon palauttaminen nopeaa Toimitamme sinulle osia kunnes poistat tuotteesi myynnistä Suunnittelun asiantuntemus Prototyypin toimitusnopeus Ensimmäinen kappale 2-3 viikossa insinööritoimiston kokemuksella ja asiantuntemuksella Tuotannon joustavuus Toimitusvarmuus Työkalun säilytys Toistettavuus Tuotannon joustavuus kysynnän vaihteluissa Ei työkalun säilytys- kustannusta Korkea toistettavuus Muuttamisen vapaus Skaalautuvuus teolliseen tuotantoon Muutokset kohtuullisilla kustannuksilla Skaalautuvuus tuotantoon erittäin nopeaa Tuotteen elinkaari voidaan jakaa neljään osaan, joissa kaikissa tarkkuusvalimo on aktiivisesti mukana. Sacotec

6 Insinööritoimiston kyvykkyydet
INSINÖÖRITOIMISTON PROSESSI Valmistettavuus-kartoitus tarjouksen pohjaksi Työkaluton valmistus 3d-tulostetut mallit Vahan koneistus Näytevalut Valutekninen suunnittelu 3d-mallinnus (Solidworks) Jähmettymissimulointi (Meehanite) Virtaussimulointi (Magma / alihankinta) Työkalusuunnittelu ja työkalujen valmistuttaminen Insinööritoimistolla on pitkäaikainen kokemus erilaisten tarkkuusvaluosien suunnittelusta ja sillä on hyvä tuntemus valmistusprosessin vahvuuksista. 3D-suunnitteluohjelmistona käytämme SolidWorksia. Mm. kaikki työkaluvalmistajille lähtevät vahatyökalujen suunnitelmat on toteutettu täydellisinä 3D-malleina. Myöskin uusien menetelmien kuten esimerkiksi 3D-tulostuksen ja 3D-skannauksen soveltaminen valmistusprosessissa on hyvin hallinnassa. Valun jähmettymis- simuloinneilla on suuri merkitys määritettäessä kappaleen valettavuutta. Simulointiohjelmana käytämme Meehanite-ohjelmistoa.

7 Valmistettavuuskartoitus tarjouskyselyyn
valumateriaali muotojen ja kappaleen koon soveltuvuus, 3D-malli >päätös kappaleen soveltumisesta tarkkuusvalumenetelmälle mittojen tarkkuusvaatimukset, 2D-piirustus > valutekniset ehdotukset > työvaraehdotukset / koneistustarpeet jähmettymisen / virtauksen esisimulointi >syöttöjärjestelmäajatus >kpl/vahapuu vahatyökalun valmistettavuus >valmistuskustannus 3D-printtien valmistusmenetelmän valinta valamisen jälkeiset vaiheet kysymykset asiakkaalle TEKNINEN TARJOUS- DATA MYYNTIIN Insinööritoimisto tekee mm. tällaista selvitystyötä / arviointia / laskentaa myynnille, jotta asiakkaan saama tarjous johtaisi valmistustilaukseen.

8 Uuden tilatun valukpl:een valmistuksen tiedot
tarjous- ja tilaustietojen vertailu esim. työvarat syöttöjärjestelmäsuunnittelu / simuloinnit >tieto työkalusuunnittelulle tai 3D-tuloste mallille >vahapuun liimausohje vahatyökalukavition tai 3D-tulosteen mitoitus >tieto työkalusuunnittelulle vahatyökalusuunnittelu >3D-tulostemallitiedosto tulostajalle >vahatyökalusuunnitelma 3D-muodossa työkaluvalmistajalle >muiden työvälineiden suunnitelmat valmiin valetun teräskomponentin mittaus >mittaraportti asiakkaalle Valmistustilauksen saatuaan insinööritoimisto aloittaa viivyttelemättä suunnittelutoimet, jotta asiakkaalle luvattu toimitusaika voidaan pitää. Insinööritoimisto vastaa tarvittavien puristustyökalujen ja ym. työvälineiden suunnittelusta ja hankinnasta.

9 Jo tuotannossa olevat komponentit
asiakkaiden tuotemuutokset > toteutusselvitys > vahatyökalun muutoskustannusselvitys > muutosten tarjoukset kappaleen tuotantoprosessin kehitystoimet >valmistuskustannusten alennuspaineet vahatyökalujen kunnon ylläpitotoimet reklamaatioselvitykset (asiakas tai sisäinen) Insinööritoimiston arkea ovat myös tällaisten asioiden hoitaminen.

10 Vahatyökalujen perusrakenteet
MATRIISI PERINTEINEN kun tarvitaan sivuluisteja kun jakotasosiirtymä suuri kun kappaleen koko suuri kun ei tarvita luistirakenteita kappalekoko pieni mahdollistaa 1- 3 eri tuotteen vahamallien valmistuksen samanaikaisesti

11 Vahanpuristustyökalu VALMISTUKSEN PROSESSI – SACOTECIN JA ASIAKKAAN TEHTÄVÄT JA VASTUUT
ASIAKAS Tuotemalli mahdollisin valuteknisin muutoksin 3D-malli 2D-piirustus mahdoll. toleranssimuutoksin Tuotemallin tarkistus mahdoll. valuteknisten muutosten osalta Mahdollisista puutteista muutospyyntö Uudet mallit ja piirustukset Tuotepesien mitoitus, syöttöjärjestelmä, vahatyökalusuunnittelu ja vahatyökaluvalmistus Tarkkuusvaluprosessi > valukappale Valukappaleiden mittatarkastus Mittatarkastusraportti Tuotantoon hyväksyntä

12 Uuden tuotteen valmistusprosessin vaiheiden kestot - vahat työkalulla
8/29/2019 Uuden tuotteen valmistusprosessin vaiheiden kestot - vahat työkalulla Mittausdata asiakkaalle Mahdollisten muutosten toteutus / lisäkavitiot Sarjatuotantolupa 3-8 päivää 10+ päivää 3-10 päivää Syöttöjärjestelmä suunnittelu – simulointi (jähmett. ja täyttym.) Kavitioiden mitoitus Työkalusuunnittelu, 3D-mallit, protokappaleissa 1 kav. Testipuristus Tarkkuusvaluprosessi Kappaleet asiakkaalle Työkalun valmistus työkaluvalmistajalla suurnopeuskoneistus kipinöinti kokoonpano Kokonaan uuden tuotteen valmistusprosessi kestää vähintään noin 15 työpäivää, kun kappaleen muodot ovat suht’ yksinkertaisia eikä työkalussa tarvita esimerkiksi luistirakenteita taikka laajoja jakotason siirtopintoja. Monimutkaisten, suuri tilavuuksisten uuden tuotteen kappaleiden valmistusprosessi saattaa kestää jopa 30 työpäivää. Valimon ulkopuolella tehtävät työvaiheet lisäävät aikaa noin viikolla / työvaihe. Sellaisia vaiheita voivat olla esimerkiksi koneistukset taikka pintakäsittelyt. Sacotec

13 8/29/2019 Uuden (proto) tuotteen valmistusprosessin vaiheiden kestot – 3D-printtivahat 3D-printtien kautta valmistettuja valuja ei 3D-skannata vain päämitat tarkistetaan Usein kappaleen testaus asiakkaalla kestää viikkoja ja ei aina johda sarjavalmistukseen 1-3 päivää 8+ päivää 3-13 päivää Syöttöjärjestelmä suunnittelu – simulointi (jähmett. ja täyttym.) Valunavan lisäys 3D-malliin Kavitioiden mitoitus / skaalaus Tarkkuusvaluprosessi Kappaleet asiakkaalle 3D-printtien valmistusaika PMMA-mallit ulkomailta - mallit 5 / 10 / (21)pv - hinnat porrastettu vaaditun valmistusajan mukaan - kuljetusaika minimi 3pv Projet-mallit Suomesta - valmistusaika 2pv – 7pv - kuljetusaika minimi 1 pv 3D-printtejä käytettäessä kappaleen muodoilla tai koolla on harvoin merkitystä toimitusajan pituuteen. Sen sijaan valimon tuotannossa harvemmin valettava materiaali vaikuttaa siihen, koska samaa materiaalia olevat keraamiset muotit pyritään keräämään yhteen ja valamaan samanaikaisesti. Minimissään 3D-printtien kautta tehtävät teräskappaleet saadaan valettua noin kahdessa viikossa. Tarvittavat lisävaiheet esimerkiksi koneistukset taikka pintakäsittelyt lisäävät valmistusaikaa noin 1 viikko/vaihe. Kappaleiden mittausta 3D-skannaamalla ei suoriteta ellei asiakas sitä erityisesti vaadi. Päämitat kuitenkin tarkistetaan perinteisillä mittavälineillä. Sacotec

14 Prosessimallien valmistuksen vaihtoehdot
1 – 16 pesäinen, valm. alumiinista 1 pesäinen, silikonikuori alumiinirungossa, mallina 3D-tuloste tai muuten valmistettu osa 1 pesäinen, valmistettu alumiinista Vahamallien puristus- työkalu Polystyreenimallien paisutustyökalu Vaha PMMA-muovi 3D-tuloste, valmistettu 3D-printterillä Koneistamalla valmistettu vahamalli TAI Kuumalankaleikkaamalla tai koneistamalla valmistettu polystyreeni-malli

15 Vahamallin tuotantomenetelmän valintaan vaikuttavia tekijöitä
Tarvittavien kappaleiden määrä Kappaleen monimutkaisuus Kappaleen koko Kuinka varma asiakas on tuotteen toimivuudesta Kuinka varma valimo on valuprosessin toimivuudesta Toimitusaikavaade

16 Vahamallien valmistuksen vertailu
KUSTANNUS AIKA LAATU Valukpl valmistus kustannus TK-suunnittelu-kustannus Malli-kappaleen valmistus-kustannus Vahatyökalun valmistus-kustannus Protosarjan valmistuksen kesto Tuotannon aloitus vahatk:lla Valu-kappaleiden pinnanlaatu Valu-kappaleiden mittatarkkuus Vahamallina 3D-printti ** *(2) *(3) EI **** */**(6) Koneistettu vahamalli *** *(4) *(7) Silikoni vahatyökalu Alumiininen vahatyökalu *(1) *(5) (1). Monikavitioisella luotettavasti toimivalla vahatyökalulla saadaan paras tuottavuus vahamallien valmistukseen ja näin myös alhaisin valmistuskustannus (2). 3D-printtien valmistamista varten 3D-malleihin tarvitsee lisätä vain ns. valunapa, kutistumakerroin ja mahdolliset työvarat, joten usein miten suunnittelu vie vain vähän aikaa. (3). 3D-printtitekniikan kehittymisen myötä mallien valmistuskustannukset on saatu kohtuulliselle tasolle ja yleensä kappaleen muodoilla ei ole merkitystä 3D-printin hintaan (4). Koska Sacotecilla ei ole oma 3D-printteriä, on nopein tapa saada uuden tuotteen vahamalli aikaiseksi koneistamalla se vahasta. Rajoittuu kuitenkin yksinkertaisiin muotoihin ja pieneen määrään kappaleita (alle3). (5). Jos protosarjan vahamalleja varten on suunniteltu ja valmistettu vahatyökalu, ensimmäisten tuotantosarjan vahamallien valmistus voidaan aloittaa heti mikäli kappale täyttää sovitut vaatimukset. (6). Nykyisten, varsinkin vahamaisesta 3D-printtimateriaalista tulostettujen mallien pinnanlaatu on erinomainen ja jopa valukappaleestakin on vaikea nähdä millä menetelmällä malli on valmistettu. Portaattaisuus harvemmin erottuu. (7). Koneistamalla valmistetut vahamallit on tarkimpia riippuen toki koneesta. * = PIENIN / PARHAIN / NOPEIN **** = SUURIN / HUONOIN / HITAIN

17 Muita hintakomponentteja osana valmistettavuuskartoitusta
KONEISTUS Esimerkkejä: Pumpun osia Pumpun runko Duplex-terästä 400 x 300 mm ~ 25 kg

18 Sacotec hoitaa tarvittaessa kappaleiden alihankinnat
8/29/2019 Sacotec hoitaa tarvittaessa kappaleiden alihankinnat Verkosto käsittää yli 30 yritystä Kattava alihankintaverkosto; koneistus, pintakäsittely, kokoonpano, kolmannen osapuolen tarkastukset Hoidamme tarvittaessa myös asiakaspakkaamisen Sacotec

19 Mittatarkastusraportti
8/29/2019 Mittatarkastusraportti Optinen 3D-skannaus / ATOS Scanbox Vertailu 3D-mallin ja valetun kappaleen välillä Perinteisestä piirustuksen mittojen mittaamisesta perinteisillä mittavälineillä on siirrytty käyttämään valmistuneiden valukappaleiden 3D-skannausta. Uuden tuotteen ensimmäisestä valmistussarjasta otetaan 2 – 5 kappaletta eroon ja niille suoritetaan optinen 3D-skannaus. Skannauksen tulos ja alkuperäinen 3D-malli laitetaan päällekkäin käyttämällä esimerkiksi ”paras muotojen sopivuus” automaatti-toimintoa. Asetettujen toleranssialuerajojen mukaisesti värien avulla kerrotaan helppolukuisesti onko valukappaleen mitat toleransseissa vai sen ylä- taikka alapuolella. Sarjan kappaleiden mittausdata tallennetaan ja siitä voidaan tarkastella myöhemmin ja esimerkiksi jos tarvitsee saada selville jokin kappaleen tietty mitta on se mitattavissa mallista perinteisen mittaustavan mukaisesti. Sacotec

20