Rozwiązywanie problemów z przestarzałym sprzętem przemysłowym za pomocą produkcji addytywnej

-- wtorek, 14 czerwiec 2022

Części zamienne wytwarzane za pomocą technologii druku 3D są rewolucyjną formą pomocy firmom przemysłowym, poszukującym nieprodukowanych już części zamiennych do swojego starszego sprzętu.

Starzenie się maszyn i sprzętu jest zjawiskiem nieuniknionym w każdym środowisku przemysłowym. Jednak bardzo wiele firm przyznaje, że nie wie, kiedy ich podstawowy sprzęt wymaga wymiany podzespołów, a jeśli już zamierzają to zrobić, to mają wielkie trudności ze znalezieniem zamienników. Jednak ostatnie postępy w dziedzinie produkcji addytywnej mogą być odpowiedzią na problemy fabryk z przestarzałym sprzętem, do którego brakuje części zamiennych.

Produkcja addytywna albo przyrostowa jest transformacyjnym podejściem do produkcji przemysłowej. Umożliwia ona tworzenie komponentów przy wykorzystaniu różnych technik druku 3D.

Przed zagłębieniem się w problemy związane z przestarzałością maszyn i urządzeń najpierw zdefiniujmy to, co rozumiemy przez druk 3D. Proces ten rozpoczyna się wyborem materiału na komponent, będącego początkowo w formie proszku. Proszek ten jest stapiany za pomocą lasera, tworząc po kolei warstwę na warstwie, aż uzyska się pożądany kształt. Zasadniczo produkcja addytywna różni się od tradycyjnej produkcji subtraktywnej dodawaniem materiału, zamiast jego usuwania (odejmowania).

Zakres materiałów, które mogą być użyte do druku 3D, jest niemal nieograniczony. Mogą to być innowacyjne tworzywa sztuczne, stopy metali, beton, wosk, żywice, a nawet ludzkie tkanki. Jednym z najnowszych osiągnięć technologii produkcji addytywnej jest, niedawno zbadana przez firmę Sandvik Coromant, możliwość drukowania z proszku diamentowego, dzięki czemu można uzyskać z najtwardszego materiału na ziemi pożądany kształt.

Ponieważ dzięki produkcji addytywnej możliwe jest drukowanie skomplikowanych i drążonych kształtów nieposiadających zadrapań, w procesie wykorzystywana jest tylko taka ilość materiału, jaka jest konieczna. To uczyniło druk 3D techniką popularną w dziedzinach, w których wymagana jest produkcja wysoce wyspecjalizowanych komponentów w małych partiach, takich jak lotnictwo czy biomedycyna. Doprowadziło też do badań nad możliwością pomocy firmom przemysłowym w sprawie starzejącego się sprzętu.

Problemy związane z przestarzałością

Nasze społeczeństwo charakteryzuje się szybkimi postępami technologicznymi w dziedzinie analityki Big Data, automatyzacji oraz komputerów i oprogramowania. Technologie te miały i mają pozytywny wpływ na przemysł produkcyjny, umożliwiając dyrekcji fabryk maksymalizację wydajności produkcji, redukcję ilości odpadów oraz stworzenie bezpieczniejszego środowiska pracy dla swoich załóg.

Z drugiej jednak strony komponenty tych technologii, zarówno sprzęt, jak i oprogramowanie, mają tendencję do krótkiej żywotności. W miarę jak nowsze wersje tych samych komponentów są wprowadzane na rynek, producenci wyposażenia oryginalnego (OEM) mogą kończyć produkcję wersji nabytej przez firmę przemysłową, czyniąc ten komponent przestarzałym.

Gdy przestarzałe komponenty ulegają awarii, trudnym może się okazać znalezienie podobnych zamienników. A zatem zarządzanie przestarzałością w zakładzie przemysłowym jest kluczowe, ponieważ awaria czy nieprawidłowe funkcjonowanie przestarzałych komponentów naraża firmę na ryzyko kosztownych przestojów lub nawet na konieczność modernizacji całego systemu.

Specjaliści od inżynierii materiałowej badają obecnie potencjał produkcji addytywnej do zarządzania niektórymi aspektami przestarzałości. Podstawową ideą tego jest to, że gdy jakiś komponent nie jest już produkowany przez firmę OEM, to można go po prostu wytworzyć za pomocą druku 3D.

Na przykład siły powietrzne USA rozpoczęły badania nad wykorzystaniem technologii druku 3D do produkcji części zamiennych do starych samolotów, wykorzystując oprogramowanie Figure 4 3D Printing Platform firmy 3D Systems. Wojskowi specjaliści zbadają, jak ta platforma może odtworzyć komponenty do samolotów, które nie są już produkowane.

Siły powietrzne USA często potrzebują części wycofanych z produkcji z powodu przestarzałych maszyn, niewystarczającej dokumentacji czy zbyt wysokich kosztów wytworzenia. A ponieważ części zamienne mogą być wytworzone znacznie szybciej i w mniejszych partiach za pomocą produkcji addytywnej, nie jest już wymagana minimalna wielkość zamówienia. To może zredukować czas, jaki samoloty spędzają na ziemi oraz potrzebę posiadania przestrzeni magazynowej.

Kwestia elektroniki

Co prawda technologia produkcji addytywnej jest bardzo obiecująca w przypadku produkcji części do samolotów, jednak nadal są pytania, na które należy znaleźć odpowiedź zanim technologia ta stanie się standardem rozwiązywania problemów z przestarzałością w innych gałęziach przemysłu.

Przede wszystkim nie jest jasne, do jakiego stopnia produkcja addytywna może pomóc w zarządzaniu przestarzałością komponentów elektronicznych. Ten sektor jest jednym z tych, które najbardziej cierpią z powodu konsekwencji stale skracającej się żywotności komponentów, spowodowanej szybkością, za jaką nowe produkty i rozwiązania są wypuszczane na rynek.

Wprawdzie niemal każdy komponent mechaniczny mógłby być wytworzony za pomocą drukarki 3D, jednak znacznie trudniej jest, chociaż teoretycznie nie jest to niemożliwe, wydrukować coś takiego, jak płytka drukowana czy kable i przewody. Jednak nawet jeśli byłoby to możliwe, producenci powinni przeanalizować koszty i złożoność druku 3D takich komponentów.

Posiadanie w zakładzie przemysłowym możliwości produkcji addytywnej może wymagać początkowej inwestycji oraz wyznaczonego zespołu inżynierów projektantów. Co prawda takie inwestycje mogą mieć sens w środowisku badawczo-rozwojowym, jednak produkowanie części zamiennych, które są wykorzystywane tylko okazjonalnie, może być nieopłacalne.

W takich przypadkach jak ten znacznie szybciej i taniej będzie skorzystać z oferty producenta elementów automatyki, który specjalizuje się w zamiennikach przestarzałych komponentów. Chociaż przestarzałość jest nieunikniona w każdym środowisku produkcyjnym, firmy przemysłowe nie muszą się już męczyć ze znalezieniem zamienników.

Części zamienne wytworzone za pomocą druku 3D mogą być odpowiedzią na potrzebę znalezienia zamienników dla przestarzałych części, jednak całkowicie nie zastąpią potrzeby istnienia silnej sieci sprzedaży części w całych Stanach Zjednoczonych.


Claudia Jarrett jest menedżerem na obszar USA w firmie EU Automation.