Mit Mécastyle Polypropylen für den Serieneinsatz im Schiffsbau auf die Probe stellen

• 

• 

Ricoh 3D, der Marktführer im Bereich der additiven Fertigung, hat sich mit den Maschinenbauexperten von Mécastyle zusammengetan, um sein erstklassiges Polypropylen (PP) als ideales Material für Serienanwendungen auf die Probe zu stellen.

Nach einem Treffen auf einer Branchenkonferenz 3D und Mécastyle haben ihre gemeinsame Vision verwirklicht, indem sie Kunden beim Umzug unterstützen Additive Fertigung über die Prototypenentwicklung hinaus bis hin zur Serienproduktion von Endverbrauchern Teile.

Enrico Gallino, Materialspezialist bei Ricoh 3D, sagte: „Wir alle wussten sofort, dass hier echte strategische Synergien bestehen. Als Mécastyle mit dem Cadden -Projekt an uns herantrat, waren wir beide gespannt, was wir mit unserer gemeinsamen Expertise erreichen könnten.“

Hintergrund

Ocean Alpha SL40 ist ein Hochentwickeltes autonomes Vermessungsboot, entwickelt von Marine Application Spezialisten Cadden. Das 1,6 Meter lange USV (Unmanned Surface Vessel) ist ein einzigartiges hydrografisches Vermessungssystem zur Erkennung und Identifizierung von Objekten und Meeresbodenklassifizierung, bietet auch eine visuelle Unterwasser- und Echtzeitprüfung zur Überwachung von Arbeiten oder der Baustellensicherheit.

Cadden war Zusammenarbeit mit Mécastyle, um erfolgreich ein innovatives Lösung zum Sperren, Freigeben und Abrufen von Sonden durch den Einsatz aller Vorteile der additiven Fertigung (AM), besser bekannt als 3D-Druck.

Mithilfe der Materialdaten und Erkenntnisse aus dem eigenen Testlabor hat Mécastyle eine Serienlösung entwickelt, die echtes „Design for Additive Manufacturing“ (DfAM) erreicht.

Der Bedarf

Entwickler, Anbieter und Betreiber von Geolokalisierung und Hydrographiesysteme, Cadden, musste seine USV (Unmanned Surface Fahrzeug) mit einem System zum Sperren, Freigeben und Abrufen eines Sondenpiloten.

Thomas Pean, CEO von Mécastyle, fuhr fort: „Wir wussten, dass es wenig Informationen über die langfristige Leistung von AM-Materialien und so wandte sich an Ricoh wegen ihrer Expertise in der Herstellung funktionaler Teile in einzigartigen Materialien. Durch die Kombination unserer Kompetenzen in Teiledesign, Engineering, und Teileproduktion bedeutete, dass wir in der Lage waren, die gleichen Daten zu generieren, die verfügbar wären durch traditionelle Fertigung.“

Mécastyle könnte das Potenzial der additiven Fertigung für Endverbrauchsteile und Serienproduktion.

Da es sich um ein komplexes Teil handelte, das zunächst in kleinen Stückzahlen hergestellt wurde, war das selektive Lasersinterverfahren aufgrund der großen Baukammer des Ricoh-Systems am besten geeignet, da das gesamte Produkt in einem Stück gedruckt werden konnte, ohne dass eine Montage erforderlich war.

Die Lösung

Die Kombination der Maschinenbaukompetenz von Mécastyle mit der Produktionskompetenz von Ricoh Kapazitäten, um Caddens Anforderungen zu erfüllen.

1. Funktionale Analyse

Wie bei jedem mechanischen Projekt war die Funktionsanalyse die erste Phase durchgeführt. Diese Phase besteht aus der Identifizierung, Priorisierung und Aufschlüsselung die Hauptfunktionen und Einschränkungen des Produkts, um die gewünschten Ergebnisse. Die vor dem Entwurf durchgeführte Funktionsanalyse stellt die Grundlage des Projekts.

Diese Funktionsanalyse führte zur Wahl eines Polymermaterials, als Reaktion auf die Funktionen der Massenbeschränkung und des Widerstands gegen die Umfeld.

• Die Massenbeschränkungsfunktion schloss die Verwendung dichter metallischer Materialien aus
• Die einschränkende Funktion der Beständigkeit gegenüber der aquatischen Umgebung schloss die Verwendung von Polymeren mit hoher Feuchtigkeitsaufnahme oder Hydrolyseempfindlichkeit aus.

2. Ermüdungstests

Die Untersuchung des Ermüdungsfestigkeitspotenzials eines Teils oder Struktur besteht darin, das Verhalten des Materials durch Tests zu kontrollieren an Proben. Diese Tests werden im Mécastyle-Ermüdungsprüfverfahren durchgeführt Labor.

Die Eigenschaften Die Ergebnisse dieser Tests ermöglichen die Vorhersage des Verhaltens der Teile oder Produkte nach dem additiven Fertigungsverfahren und Design um diese Parameter herum.

Polypropylen war in den Ermüdungstests zu einem kostengünstigeren Preis und, was für die Anwendung am wichtigsten ist, ohne Wasser aufzunehmen. Mit PA12 war ein zusätzlicher Schritt erforderlich, um das Teil zu imprägnieren oder zu lackieren, was dazu führte in einem längeren und teureren Prozess.

Polypropylen war, Daher gilt es als das am besten geeignete Material für diese Anwendung.

3. Kosten – Wirtschaftlichkeitsanalyse

Da die Kosten eine weitere Einschränkungsfunktion darstellen, wurde eine wirtschaftliche Analyse durchgeführt, um den Herstellungsprozess zu bestimmen, der die beste Antwort auf die Bedürfnisse unserer Kunden bietet Anforderungen(Design to Cost), d.h. Kleinserienproduktion (einige Dutzend Einheiten pro Jahr), Herstellung auf Anfrage und ohne Lagerverwaltung. Die beiden wichtigsten Prozesse hierfür sind die Bearbeitung und Additive Fertigung.

Da die additive Fertigung das größte Potenzial für Funktionsintegration bietet, Dieses Verfahren erwies sich als das technisch und wirtschaftlich optimale Lösung für das Cadden-Projekt. Das 3D-gedruckte Teil, hergestellt in Ricoh SLS Polypropylen war fast halb so teuer wie eine maschinell bearbeitete Lösung.

Thomas kommentierte: „Neben den Vorteilen reduzierter Produktionskosten ermöglicht AM die Herstellung von Teilen auf Anfrage. Dies ist ein entscheidender Vorteil, da Unternehmen keine Teile mehr auf Lager halten müssen und die daraus resultierenden Lagerkosten entfallen.“

• 

• 

4. Mehrwert des Ricoh-Materials

„Die wasserdichten Eigenschaften unseres Polypropylens sind einzigartig auf dem Markt heute“, erklärte Enrico. „Das bedeutet, dass keine Nachbehandlung erforderlich ist, um ein wasserdichtes, ästhetisches Teil, das das Projekt für die Prototypenentwicklung geeignet macht Serienfertigung.“

5. Design für die additive Fertigung

Um alle Vorteile von AM auszuschöpfen, wurde die Mécastyle-Lösung mithilfe von „Design for Additive Manufacturing“ (DfAM) entwickelt, einer Designmethode, die vollständig auf die additive Fertigung ausgerichtet ist und die Integration von Funktionen, topologische Optimierung, Zusammenführung von Teilen zur Begrenzung der Montage, Personalisierung und Integration des Markenimages umfasst.

Durch die zyklische Belastung des Polypropylens von Ricoh wird die Komponente Diese mechanischen Informationen könnten dann als Spezifikation verwendet werden.

6. Berechnung und Simulation zur Verbesserung der Markteinführungszeit

In Verbindung mit dieser Studienphase ermöglichte die numerische Simulation (Finite-Elemente-Analyse) Mécastyle, das Verhalten des Produkts in Abhängigkeit von mechanischer Belastung vorherzusagen. Diese Phase ermöglicht es uns, schnell eine digitale Definition zu erreichen, die den funktionalen Spezifikationen des Kunden entspricht, was zu einer erheblichen Verkürzung der Markteinführungszeit führt. Außerdem reduziert sie die Anzahl der am Prüfstand zu testenden Funktionsprototypen und senkt so die Kosten bei gleichzeitiger Optimierung der Markteinführungszeit für Serienteile.

Ausführlich:

Sobald die Lasten bekannt sind, können Simulationen verwendet werden, um Bestimmen Sie die mechanischen Belastungen des Teils und verstehen Sie genau, was es muss als Teil der endgültigen Anwendung tun. Das Scan-Gerät ist angeschlossen zu einem kleinen Bot auf dem Schiff, was bedeutet, wenn sich der Bot bewegt, gibt es mechanische Belastung des Teils. Diese Belastungen müssen berücksichtigt werden in Berechnungen, um sicherzustellen, dass das Teil nicht zerbricht oder vom Behälter fällt. Mit Mit diesen Berechnungen kann die Leistung im Voraus ohne Tests vorhergesagt werden, und ist sehr effizient im Vergleich zum typischen Teileentwicklungszyklus, der beinhaltet Iterationen der Herstellung, Prüfstandstests, Modifikationen und Neuherstellung von Prototypen für neue Tests – sowie die Auswirkungen auf Budget und Markteinführungszeit damit verbunden.

Diese physikalischen Daten werden dann in mechanische Design- und Berechnungssoftware zur Optimierung der Konstruktion hinsichtlich Dicke, Geometrien und Gewicht, um weitere Einsparungen zu erzielen. Designoptimierung erzeugt organische Formen, die auf unnötiges Material verzichten, aber dennoch sorgt für ein optisch ansprechendes Design mit der erforderlichen Leistungsfähigkeit. Diese Kombination aus quantitativen und qualitativen Daten erzeugt funktionale und kostengünstige Teile, die dank der Konstruktion dennoch hergestellt werden können Freiheit der additiven Fertigung und des selektiven Lasersinterprozesses in Insbesondere. Die gleiche Leistung war für dieses Teil mit FDM einfach nicht möglich, wobei auch die Entfernung des Stützmaterials als Teil der Verfahren.

 Selective Laser Sintering (SLS), also known as ‘powder bed fusion’, is considered the core technology of 3D print suppliers due to its productivity and wide range of engineering thermoplastics. In addition, the absence of a substrate makes it the ideal choice for the manufacture of complex shapes, such as the Cadden probe holder.

Lieferung

Additive Fertigung ist in der Regel viel schneller und reaktiver als herkömmliche Methoden, da maßgeschneiderte Bearbeitung und Formen nicht hergestellt werden müssen.

Das Cadden-Produkt kann jetzt in sechs Tagen erstellt werden, was bei der CNC-Bearbeitung Wochen bedeuten würde.

Thomas fasste zusammen: „Dank der Vorteile der additiven Fertigung konnten wir unserem Kunden Cadden die beste schlüsselfertige Serienlösung anbieten, die die funktionalen, technischen und wirtschaftlichen Anforderungen erfüllte.“