Close

Additiv tillverkningsdesign för optimerad produktion - kundcase

Etteplan erbjuder ett brett urval av designtjänster för additiv tillverkning. Vi kombinerar expertis inom additiv tillverkning med företagets hela kunskapspalett inom mekanisk konstruktion och simulering.

Additiv tillverkningsdesign för produktionsoptimering

Etteplan anlitades för att omdesigna en 2-till-1 fördelarkanal till dammutsuget i en kunds sliprobot för tillverkning med 3D-printer. Kundens befintliga komponent som tillverkades med konventionella metoder var dyr, ful och svårhanterlig samt hade en lång logistikkedja, vilket orsakade problem vid produktionslinjen. Kunden ville ha en ny lösning av aluminium eller någon annan metall som skulle vara optimerad för produktion med LPBF-metoden, och som dessutom skulle väga betydligt mindre än den ursprungliga delen samt ha lägre kostnader och bättre luftflödesegenskaper.

Designarbetet inför additiv tillverkning utförs av noggrant utvalda multidisciplinära team och bygger på en simuleringsdriven metod. Genom att välja rätt experter till varje projekt kan vi lösa även de mest krävande tekniska eller tillverkningsrelaterade problemen. Vår erfarenhet har hjälpt oss utforma effektiva arbetsflöden som garanterar snabba resultat.

Simuleringsdriven designmetod

Etteplan samlade ett team med experter på additiv tillverkning, design för additiv tillverkning och processimulering. I designprocessen använde teamet Etteplans eget verktyg för kostnadsuppskattning och simulering av 3D-printprocessen.

Ettplan additive manufacturing design

Bild: Designversionernas utveckling med den konventionellt tillverkade komponenten längst till vänster.

I den första designversionen gjorde man luftkanalerna slätare på insidan och eliminerade överflödigt material. Därefter använde man simuleringsprogrammet för att optimera komponentens orientering vid tillverkning och analysera dess effekter på printtiden, mängden stödmaterial, behovet av efterbearbetning samt förväntad deformation/distorsion. Man identifierade två orienteringar som erbjöd lika stora fördelar i fråga om mängden stödmaterial, efterbearbetning och deformationer. Dessa hade den längsta printtiden för att tillverka en enskild komponent, men tog upp minst utrymme med optimal nesting, dvs. delarna optimalt arrangerade på byggplattan, vilket innebar att printtiden per komponent i själva verket blev kortare än med delarna orienterade på annat sätt.

industrial 3d printing

Det två mest fördelaktiga orienteringarna enligt optimeringsresultaten (övre bilden). Färgdiagram som jämför över 200 olika orienteringsalternativ, där de gröna områdena står för kortare printtid, mindre stödmaterial, mindre efterbehandling och färre deformationer, medan de röda områdena står för det motsatta (nedre bilden). De blå och orange rutorna anger orienteringarna på den övre bilden.

Designen modifierades ytterligare för att förbättra printbarheten för de valda orienteringarna och eliminera behovet av stödstrukturer i delar av komponenten som är synliga för slutanvändaren. Printprocessen simulerades med de valda orienteringarna för att avgöra var stödstrukturer skulle behövas, förhindra distorsioner i printriktningen från att kollidera med recoatern (bladet som sprider ut pulvret) samt kontrollera att komponentens slutgiltiga distorsionsnivåer var rimliga.

Nesting ger kostnadseffektiv industriell 3D-printing

Teamet använde även Etteplans verktyg för att uppskatta och jämföra kostnaderna för olika designalternativ med den ursprungliga konventionellt tillverkade delen. Uppskattningarna visade att det på grund av materialmängden och printtiden skulle bli för dyrt att producera en enskild del med 3D-printer. För att nå punkten där det kostar lika mycket att tillverka delarna med konventionella metoder som med additiv tillverkning måste man printa 11 delar samtidigt.

För att kunna tillverka så många delar som möjligt med en gång gjordes ytterligare ändringar i designen så att fyra delar kunde staplas ovanpå varandra i printriktningen. Då kunde man printa totalt 120 delar på en och samma gång. Genom att simulera processen kunde man än en gång uppskatta behovet av stödstrukturer och simulera printprocessen för staplar med fyra dammkanaler.

Etteplan 3d printing simulation

Staplar med fyra dammkanaler inklusive stödstrukturer (till vänster). Processimuleringen anger områden utan distorsion i grönt och områden med ökad distorsion från rött till gult och den högsta nivån i vitt.

Resultaten överträffade kundens förväntningar

Genom att modifiera designen så att delarna kunde staplas i printriktningen och maximera antalet delar som kunde printas samtidigt blev kostnaden per del 40 procent lägre jämfört med konventionell tillverkning. Kunden uppnår dessutom ytterligare besparingar tack vare en mer flexibel leveranskedja och möjlighet att tillverka delarna lokalt utifrån sina behov i olika stora partier.

Förutom lägre kostnader erbjuder den nya designen även ett antal andra fördelar: 

  • Över 50 % lägre vikt
  • Snyggare utseende tack vare noggrann planering för att säkerställa högsta möjliga kvalitet på de ytor som är synliga för slutkunden
  • Betydligt bättre luftflödesegenskaper
  • Nytt gängat fäste som underlättar hopmontering jämfört med den ursprungliga delen
  • Komponentkoder printade på ytan

Etteplan industrial 3d printing

De första prototyperna av dammutsugskanalerna (Printade hos 3DStep)

Optimerade processparametrar för ytterligare besparingar

Eftersom dammkanalerna inte är bärande delar behöver slutprodukten inte ha fullständigt tätt material med bästa möjliga mekaniska egenskaper. Det är ett bra exempel på ett fall där ett ”tillräckligt bra” material kan övervägas när man fastställer processparametrarna. Att göra vissa delar av komponenten något mer porösa kan ge betydande vinster i fråga om printtid (och därmed kostnader). För den staplade designen med fyra dammkanaler samarbetade Etteplan med SLM Solutions för att optimera processparametrarna för hastighet i icke-synliga delar (gängade inlopp/utlopp), medan resten av komponenten har standardparametrar med hög kvalitet. Samtidigt optimerades även stödstrukturerna för att minimera materiaförbrukningen och göra det lättare att blåsa bort pulver. På detta sätt kunde man minska printtiden för hela partiet med 25 procent. 

Framgångsfaktorer

Etteplans slutgiltiga design för dammkanalen till sliproboten uppfyllde och överträffade kundens designmål tack vare nära samarbete och god kommunikation mellan kunden, Etteplan, SLM Solutions och serviceleverantören som tillverkade delarna (3DStep).

En annan viktig framgångsfaktor var att projektteamet med sina kombinerade kunskaper kunde utnyttja den frihet additiv tillverkning ger och hade gedigen förståelse för tillverkningsprocessen för att producera en högklassig produkt med låga kostnader. Beslutsfattandet under designprocessen underlättades avsevärt av Etteplans kostnadsberäknare och simuleringsverktyg för additiv tillverkning. Ett nära samarbete med SLM Solutions resulterade i ytterligare kostnadsbesparingar genom optimering av processparametrarna.

Etteplan additiv tillverkningsdesign för optimerad produktion - kundcase

En fullpackad byggplattform med 120 komponenter på väg ut ur printern. Etteplans design minskade tillverkningskostnaderna med drygt 40 procent jämfört med konventionellt tillverkade komponenter

Printade och fotograferade av 3DStep

Mer att läsa

EHTA Test Factory: Omvandlar biprodukter till biobränsle

Tammerfors universitet är ett av de mest mångvetenskapliga universiteten i Finland. Det sammanför forskning och utbildning inom teknik, hälsa och samhälle. Universitetet är känt för sin spetskompetens inom undervisning och forskning, och samarbetar med hundratals universitet och organisationer över hela världen. Dess community består av 21 000 studenter och över 4 000 anställda från mer än 80 länder.

Etteplan hjälpte till att skala Q Powers produktionskapacitet

Q Power är ett innovativt finskt företag som specialiserar sig på power-to-x-leveranser, som erbjuder kostnadseffektiva och högeffektiva teknologier för att producera syntetiska bränslen för att ersätta fossila bränslen. Q Powers patenterade teknologier är designade för att göra det möjligt för företag att gå över till ett fossilfritt och självförsörjande energisystem, samtidigt som de minskar sina CO2-utsläpp. Med ett mål att tillhandahålla 500 MW produktionskapacitet för förnybara syntetiska bränslen årligen i slutet av decenniet, kämpar Q Power mot klimatförändringarna.

Active alignment och limning av CMOS-sensor och lins för Adimecs högprestandakameror

Adimec, en ledande leverantör av tillförlitliga och högpresterande industriella kamerasystem, tillhandahåller skarpa, tydliga bilder för maskinseende, global säkerhet och sjuk-vårdstillämpningar. Att uppnå hög noggrannhet vid inriktning och limning av CMOS-sensorer till linssystem är avgörande för att säkerställa optimal bildkvalitet. För att lyckas med detta tog Adimec hjälp av Etteplan. Genom att kombinera aktiv inriktning med limningsmetoder kan Adimec erbjuda mätkameror med överlägsen upplösning och except-ionell prestanda.

Samarbete mellan VTT och Etteplan banar väg för finsk innovation inom medicinteknik

VTT är en av Europas ledande organisationer inom vetenskap och teknik. Organisationen ägs av finska staten och främjar utnyttjandet och kommersialiseringen av forskning och teknik inom affärsliv och samhälle. Med vetenskapliga och tekniska medel förvandlar VTT stora globala utmaningar till hållbar tillväxt för företag och samhälle. VTT sammanför människor, företag, vetenskap och teknik för att lösa vår tids största utmaningar.

Utveckling av autonoma smarta träförädlingslösningar med ANDRITZ

ANDRITZ är en globalt ledande leverantör av anläggningar, utrustning och tjänster. De levererar till vattenkraftstationer, massa- och pappersindustrin samt metall- och stålindustrin. De tillhandahåller tjänster för separation av fasta/flytande ämnen i kommunal och industriell verksamhet samt för pelletering av djurfoder och biomassa. Andra viktiga affärssegment är automatiserings- och service-verksamhet. Den börsnoterade teknikkoncernen har sitt huvudkontor i Graz i Österrike och cirka 29 100 anställda. ANDRITZ har mer än 280 anläggningar i över 40 länder.

Valmet utvecklar grön teknik för att ersätta plast med nya fiberprodukter – Etteplan ingår i projektteamet

Valmet är en ledande global utvecklare och leverantör av processteknik, automation och tjänster till massa-, pappers- och energiindustrin. Med sina system och lösningar för automatisering och flödeskontroll kan Valmet betjäna en ännu bredare bas av processindustrier. Valmet har en industrihistoria som sträcker sig mer än 220 år tillbaka i tiden och en stark meritlista som omfattar ständiga förbättringar och förnyelse. Under 2022 nåddes en ny milstolpe då Neles, ett företag specialiserat på flödeskontroll, gick samman med Valmet.

Kontakta oss
Tero Hämeenaho
Tero Hämeenaho
Department Manager, Additive Manufacturing and Optimization