Experteninterview:Dunlop Systems and Components Mark Statham zur Einführung des 3D-Drucks für den Werkzeugbau

Vorrichtungen, Vorrichtungen und andere Werkzeughilfsmittel bilden das Rückgrat jeder Produktionshalle. Es ist jedoch nicht ungewöhnlich, dass die Produktion dieser Tools Wochen dauert, was zu Engpässen im Produktionsworkflow führt.

Um dies zu überwinden, setzen Unternehmen zunehmend auf den 3D-Druck, um die Werkzeugherstellung zu beschleunigen. Der britische Automobilhersteller Dunlop Systems and Components ist ein solches Unternehmen.

Dunlop hat die Composite-3D-Drucktechnologie von Markforged Ende 2018 in sein Geschäft integriert. Schneller Vorlauf von neun Monaten, und das Unternehmen druckt jetzt innerhalb weniger Tage Werkzeugteile und Prototypen in 3D.

Im Experteninterview dieser Woche bespricht Mark Statham, Production and Engineering Manager bei Dunlop, mit AMFG den Prozess der Einführung des 3D-Drucks und wie die Technologie dazu beiträgt, Bereiche der Produktionsprozesse des Unternehmens zu rationalisieren.

Können Sie mir etwas über Dunlop-Systeme und -Komponenten erzählen?

Dunlop Systems wurde in den 1960er Jahren aus dem ursprünglichen Unternehmen Dunlop geboren und begann mit der Herstellung aller Arten von Federungssystemen. Dies begann mit der Mini-Metro und dann, im Laufe der Jahrzehnte, führten wir die Luftfederung auf den Plattformen verschiedener Fahrzeughersteller ein, darunter Land Rover, GM, Isuzu und Renault Trucks sowie Spezialfahrzeuge.

In letzter Zeit sind wir in kleinere Nischenmärkte vorgedrungen, zum Beispiel in den Krankenwagenmarkt (Renault, LDV) und den Rollstuhlzugangsmarkt, wo es Fahrzeuge gibt, die Rollstühle aufnehmen können.

Im Jahr 2014 zogen wir in ein eigens dafür gebautes Gebäude um und boten damit die Gelegenheit, unter der Marke Dunlop Systems in neuen Märkten Fuß zu fassen.

Welche Art von Kunden und Branchen bedient Dunlop?

Wir bedienen hauptsächlich die Automobilindustrie. Wir stellen beispielsweise Fahrzeugaufhängungen für alle High-End-Land Rover, Discoveries usw. her und wir fertigen auch Renault- und Dennis-Spezialfahrzeuge.

Wir bedienen auch die Bahnindustrie; Bombardier ist einer unserer Kunden. Eines der Produkte, die wir für diesen Sektor herstellen, sind Ventile.

Wir haben einige Kunden, die unsere Produkte kaufen und sie für die Bewegung von Maschinen verwenden, damit sie Maschinen in die Luft heben können, auf einer Luftfederung und bewegen Sie es ganz leicht.

Unsere Produkte werden auch im industriellen Bereich sowohl zur Schwingungsdämpfung als auch zur Bewegung eingesetzt. Eine ungewöhnliche Anwendung ist der Einsatz von Faltenbälgen für Fahrgeschäfte – damit bedienen wir verschiedenste Branchen.

Was hat das Unternehmen dazu veranlasst, die additive Fertigung in Betracht zu ziehen?

Dunlop erhält Anfragen und Interesse von Neukunden, unsere Luftfederungssysteme (ECAS) in ihre Fahrzeuge einbauen zu lassen. Kunden benötigen kürzere Vorlaufzeiten von der Konzeption bis zur SOP, und daher mussten alle Teile des Konstruktions- und Herstellungsprozesses beschleunigt werden.

Die Budgetbeschränkungen sind ziemlich eng, da wir versuchen, unser Kundenprogramm zu unterstützen, ohne zu viel auszugeben. Außerdem versuchten wir, neue Entwicklungsarbeiten zu finanzieren, um weitere Neukunden zu gewinnen. Als ich zum 3D-Druck geschickt wurde, dachte ich, dass es uns helfen würde, Geld zu sparen und vielleicht auch neue Geschäfte zu generieren. Hier sind wir zum ersten Mal in den 3D-Druck eingestiegen.

Als es darum ging, die Idee des Additivs vorzuschlagen, war es zunächst schwierig, sich zu engagieren, oder war das gesamte Unternehmen von Anfang an dabei?

Ingenieure unserer Konstruktionsabteilung hatten sich bereits vor einigen Jahren mit dem 3D-Druck befasst.

Wir verfügen über einen eigenen Prüfstand, in dem wir Fahrwerke konstruieren, bauen und anschließend einem Härtetest unterziehen. Offensichtlich müssen diese Aufhängungen eine Million Meilen dauern. Sie werden bei hoher Frequenz und hoher Geschwindigkeit auf hohe Ausdauerraten gesetzt und sind dort für etwa zwei Wochen, was die Lebensdauer der Federungseinheit simuliert.

Als sich unsere Ingenieure zum ersten Mal mit dem 3D-Druck befassten, stellten sie fest, dass sie diese Art von Lebensdauer mit den verfügbaren Materialien nicht erreichen konnten. Aber wir hatten die Technik nicht abgeschrieben.

Letztes Jahr kam mein Direktor auf mich zu und fragte, ob ich an einem Online-Seminar teilnehmen würde, um zu sehen, ob und wie wir 3D-Druck nutzen könnten. Das von Markforged durchgeführte Seminar zeigte die Technologien und Materialien, die ihnen zur Verfügung standen, und vor allem, wie andere sie verwendet haben. Da dachte ich, dass 3D-Druck auch für uns von Vorteil sein könnte.

Aber um wirklich einen Business Case dafür zu machen, musste ich prüfen, welche Teile repariert werden müssen, was überholt werden muss, oder ersetzen und dann eine Kalkulationstabelle zusammenstellen mit dem, was es uns kosten würde.

Einige Teile werden jährlich ersetzt, andere werden ersetzt, wenn sie kaputt gehen. Es wurde klar, dass ein integrierter 3D-Drucker nicht alle Werkzeuge ersetzen würde, da wir einige stark genutzte, hochtemperaturbeständige und schlagfeste Werkzeuge haben.

Aber es sollte uns die Ersatzoption bieten. Unter Berücksichtigung der Anschaffungskosten des Druckers und der monatlichen Betriebskosten habe ich ausgerechnet, dass wir den Return on Investment innerhalb von zwei Jahren leicht sehen würden.

Ich habe eine Liste mit ungefähr 100 Werkzeugteilen zusammengestellt, von denen ich dachte, dass wir sie ersetzen könnten und die ersetzt werden mussten oder die wir uns nicht leisten konnten, sie zu ersetzen. Damit konnten wir den Aufwand rechtfertigen.

Ungefähr drei Wochen später haben wir unseren Drucker geliefert bekommen und die Amortisation innerhalb von sechs Monaten.

Wie war der Prozess der Bereitstellung der Technologie in der Anfangszeit?

Als der 3D-Drucker ankam, waren wir innerhalb von etwa einer Stunde einsatzbereit. Wir begannen damit, die Liste unserer wichtigsten Kriterien durchzugehen.

Zu diesem Zeitpunkt wollten wir nicht, dass es über Nacht läuft. Wir wollten die Dinge einfach halten und uns auf die einfachen Tools konzentrieren, die auf der Prioritätenliste standen.

Zum Beispiel haben wir hochwertige Fahrwerksartikel für High-End-Fahrzeuge wie Bentleys, Audis und Porsches. Einer unserer Hauptkunden kauft unsere Module und fügt seine eigenen Komponenten hinzu, um ein komplettes Luftfederbein zu erstellen.

Da es sich um hochwertige Fahrzeugkomponenten handelt, haben wir Nylon-Werkzeuge, um sie während unseres Prozesses an Ort und Stelle zu halten, um die Teile zu schützen. Diese Nylonwerkzeuge nutzen sich ab, werden schmutzig und sie sind nicht sehr attraktiv, daher waren die Nylonersatzteile die ersten Artikel, die wir gedruckt haben. Wir haben weißes Nylon durch Black Onyx von Markforged ersetzt.

Das kam gut an, da wir innerhalb von Stunden sofort Teile bekamen. Normalerweise müssen wir, wenn wir ein Teil ersetzen müssen, zuerst die Zeichnung finden, sie zur Angebotserstellung einsenden und warten, bis das Angebot des Werkzeugherstellers zurückkommt, was Tage dauern kann.

Es dauerte ungefähr eine Woche bis zwei Wochen, nur den Papierkram zu bekommen, um die Bestellung aufzugeben. Dann kann die Herstellung des Teils, je nachdem, wie komplex es war, eine weitere Woche dauern.

Sie sehen eine Bearbeitungszeit von mindestens zwei Wochen vor, während wir die Teile täglich drucken. Da erkannten unsere Kollegen in der Werkstatt die Vorteile des 3D-Drucks.

Die allerersten gedruckten Teile waren sehr einfache Teile. Dann gingen wir die Teile durch und lernten, wie leicht, aber gleichzeitig auch wie stark die 3D-gedruckten Teile waren. Das eröffnete eine breite Palette von Werkzeugen, die wir ersetzen konnten.

Es wurde in der ersten Woche sehr gut angenommen; die Werkstatt bekam Teile in Tagen und Stunden statt in Wochen. Und weil wir IATS-Standard sind, dauert es länger, bis die Qualitätsabteilung das Teil prüft, als wir es drucken.

Sie sagten, Sie hätten einfach angefangen. Hat sich Ihre Nutzung des 3D-Drucks in den neun Monaten, in denen Sie den 3D-Drucker haben, weiterentwickelt?

Ja. Jetzt können wir sehr komplexe Teile und Werkzeuge herstellen und haben Methoden entwickelt, um zwei 3D-gedruckte Teile miteinander zu verbinden.

Wir haben viele kleine Nischenkunden, die rollstuhlgerechte Fahrzeuge herstellen. Wir haben Partnerschaften mit diesen Unternehmen entwickelt, und ein Teil davon ist, ihr relativ kleines Budget zu unterstützen. Andere kleinere Kunden erhielten Werkzeuge, die wir aus veralteten Werkzeugen verwendet hatten; es sah nicht attraktiv aus, aber es hat trotzdem seinen Job gemacht.

Für diese Kunden können wir jetzt sehr komplexe Spannelemente in 3D drucken, die eng an ihre Teile passen und ihre Teile besser als zuvor schützen. Das bedeutet auch, dass wir das Teil schneller und mit geringerem Risiko einer Beschädigung zu ihnen bringen können, da es sich jetzt um ein richtig konstruiertes Werkzeug handelt.

Wir experimentieren auch mit verschiedenen Fügetechniken. Da wir beispielsweise alle unsere Produkte im eigenen Haus formen, muss unser Produkt erweitert werden, bevor es in den Formprozess gelangt.

Wir haben eine Erweiterungsmaschine in der Werkstatt, die uns etwa 14.000 £ gekostet hat im eigenen Haus zu entwickeln. Wir nennen sie „die Rakete“, weil sie etwa zwei Meter lang und etwa zwei Meter hoch ist. Es zeigt schräg zum Bediener, sodass der Bediener das Produkt ganz einfach be- und entladen kann. Aber der eigentliche Arbeitsbereich ist nur etwa einen halben Meter lang. Aber es ist die ganze Betätigung dieser Maschine, die das Produkt expandieren lässt.

Für den Arbeitsbereich haben wir jetzt ein halbes Meter Rohr in 3D gedruckt und es ist in sechs verschiedenen Teilen gedruckt, die wir zusammengefügt haben.

Wir haben den ersten Versuch unternommen, ein Produkt in diesem halben Meter Rohr statt auf der größeren Maschine zu expandieren. Aber dieser Prototyp kostet nur £600, ein Bruchteil der Kosten.

Da wir nun Zulieferer eines neuen Automobilherstellers sind, werden wir voraussichtlich etwa sechs dieser Maschinen benötigen. Wenn das funktioniert, können wir viel Geld sparen.

Eines der Dinge, die uns Unternehmen oft sagen, ist ihr Bedarf an interner AM-Expertise, um die Technologie erfolgreich einsetzen zu können. War dies ein Problem, mit dem Sie konfrontiert waren?

Wir haben fünf Leute in meinem Team und unsere Abteilung betreibt und wartet den 3D-Drucker. Jeder in unserer Abteilung hat die Technik schnell verstanden und wir probieren verschiedene Dinge aus.

Andere Abteilungen gewöhnen sich langsam an die Technik. Wir haben zum Beispiel einige Lehren für unsere Qualitätsabteilung gedruckt. Die Qualitätsabteilung muss überprüfen, ob bestimmte Teile innerhalb der Toleranz liegen. Da sie nicht sehr kritisch sind, haben wir einige Messgeräte für sie 3D-gedruckt. Daher hat unsere Qualitätsabteilung einige dieser 3D-gedruckten Werkzeuge übernommen.

Wir haben auch einige Prototypenteile für unser Designteam hergestellt. Prototypenteile sind normalerweise sehr teuer, da sie entweder aus massivem Stahl oder massivem Aluminium gefertigt werden müssen.

An der Luftfederung eines Fahrzeugs befinden sich normalerweise Gamaschen, die verhindern, dass Steine ​​auf die Federung treffen und den Airbag zerreißen. Diese Gamasche wird mit einem Kunststoffkragen auf den Streben abgestützt. Da es sich um einen Prototyp handelt, konnte er nicht geformt werden, weil niemand eine Form für einen Prototypen entwerfen würde. Es hätte aus dem Vollen gefräst werden können, aber das Design ist so komplex, dass es wahrscheinlich eine spezielle CNC-Maschine braucht.

Als Ergebnis haben wir einige Prototyp-Halsbänder in 3D gedruckt, und da es sich um 3D-Druck handelt, können wir die erforderliche Spannung erreichen, da sie sich mit einem Fahrzeug drehen und bewegen muss. Das ist recht erfolgreich.

Wenn Sie jedoch potenziell 50.000 Fahrzeuge pro Jahr betrachten, das sind 100.000 dieser Produkte, liegt dies noch nicht ganz im Bereich unseres Möglichen, da wir nur einen Drucker haben. Wir sind derzeit kein 3D-Fertigungsunternehmen.

Das Designteam ist also immer noch dabei, diese Teile zu formen und einen Kunststoffformer zu besorgen. 3D-Druck war gut für die Entwicklung, aber es ist immer noch ein langsamer Prozess.

Was ist Dunlops Vision für die zukünftige Technologie? Sehen Sie, wie sich Ihre Nutzung des 3D-Drucks auf andere Anwendungen ausdehnt?

Derzeit konzentrieren wir uns auf den Werkzeugbau, da wir innerhalb der nächsten 12 bis 18 Monate eine neue Werkzeuglinie komplett neu erstellen müssen. Wir sind dabei, dies mit 3D-Druck zu gestalten.

Wir haben alle aktuellen Designs, die für unsere aktuelle Linie gut funktioniert haben. Beim 3D-Druck müssen Sie eine leichte Konvertierung vornehmen, um das Teil in bestimmten Bereichen stärker zu machen, und wir können jetzt Kohlefasern hinzufügen. Das ist unser Fokus im Moment.

Da wir jedoch Fahrwerksteile aus den 1960er Jahren entwickeln, haben wir immer noch Kunden, die sie kaufen. Also kauft die Bahnindustrie unsere altmodischen Niveauregelventile. Dabei handelt es sich um ein Element in der Karosserie, das über ein grundlegendes Hebelsystem Luft von einem Teil des Zuges zum anderen bewegt, sodass dieser in Kurven kippt. Es wird von Kunden wie Virgin Trains und Bombardier verwendet.

Dieses Teil wurde in den 1960er und frühen 70er Jahren entworfen. Das Originalgussteil, das aus Aluminium besteht, ist abgenutzt, daher versuchen wir, dieses Gussteil zu überholen, was ziemlich teuer ist. Aber dann gibt es auch die Möglichkeit, den Körper in 3D zu drucken, um dann das System zu nutzen. Das ist eine Möglichkeit. Dafür brauchen wir sicher noch mehr Drucker.

Wir prüfen außerdem, ob wir einige unserer Produkte recyceln können, weil die Formen so alt werden.

Was bringt Dunlop im nächsten Jahr?

Es wird ein sehr arbeitsreiches Jahr für uns, da die Einführung einer neuen Plattform für Elektrofahrzeuge bevorsteht. Wir müssen auch unser zunehmendes Geschäft mit ECAS-Systemen für die IATF 16949-Akkreditierung anderer OEMs unterstützen. Außerdem werden wir uns auf den wichtigen Aftermarket konzentrieren, der für uns ein langjähriges Geschäftsmodell ist.

Unser Unternehmensfokus wird auf der OEM-Großserienproduktion, der kleineren Aftermarket-Produktion und der Weiterentwicklung unseres industriellen Angebots an Anti-Vibrations-Komponenten liegen.

Was den 3D-Druck angeht, überarbeiten wir unseren 3D-Drucker – er hat nicht aufgehört zu laufen. Daher suchen wir auch nach einem neuen, größeren Drucker. Das bedeutet, dass wir zwei Drucker in Betrieb haben werden, was uns einen höheren Durchsatz ermöglicht.

Um mehr über Dunlop Systems zu erfahren, besuchen Sie: https://www.dunlopsystems.com/