BRZI RAZVOJ I BRZA IZRADBA NOVOG PROIZVODA Darko
BRZI RAZVOJ I BRZA IZRADBA NOVOG PROIZVODA Darko Škrobot, dipl. inž. strojarstva
Brzi razvoj i brza izradba novog proizvoda Brza izradba novog proizvoda SADRŽAJ IZLAGANJA: q q q Darko Škrobot, dipl. inž. strojarstva Što je RM i što obuhvaća ? • RP i RT Osnovne značajke, mogućnosti, uvjeti i učinci primjene RP i RT tehnike Broj instaliranih RP sustava i zastupljenost RP tehnika Trendovi razvitka Zaključak
Brzi razvoj i brza izradba novog proizvoda Brza izradba novog proizvoda - Rapid Manufacturing (RM) q Širok pojam koji uključuje primjenu tehnika brze izradbe prototipa (Rapid Prototyping - RP), brzu izradbu alata (Rapid Tooling-RT) i/ili izravnu primjenu “sloj-po-sloj” (Layered Manufacturing LM) izradbe u cilju što bržeg dobivanja gotovog proizvoda. q Brzi razvoj proizvoda (Rapid Product Development RPD) ima puni smisao ako je dio brze izradbe proizvoda (Rapid Manufacturing-RM) brzi razvoj i brza izradba proizvoda trebaju biti integrirani. q RP se u pravilu provodi prije nego se pristupi oblikovanju i izradbi posebnih alata, kalupa, stega i sl. Darko Škrobot, dipl. inž. strojarstva
Brza izradba novog proizvoda Brza izradba prototipa Što je brza izradba prototipa (Rapid Prototyping) ? Pod brzom izradbom prototipa podrazumijeva se niz postupaka koji omogućuju brzu izradbu prototipa, neposredno, na temelju 3 D računalskih modela. • U počecima (prije 10 -15 godina) RP modeli su se uglavnom koristili za vizualnu provjeru estetskih učinaka dizajna i donekle za optimizaciju konstrukcije. • Danas se modeli dobiveni RP-om mogu koristiti za funkcijsko testiranje proizvoda, procjenu tehnološke prihvatljivosti konstruiranja, provjeru dimenzija, uvježbavanja sklapanja (montaže), pa i za redovitu uporabu (male serije). • Na raspolaganju je veliki broj različitih postupaka brze izradbe prototipa. • Većina RP postupaka koristi metodlogiju gradnje modela od niza horizontalnih slojeva, primjenjujući proces “dodavanja” materijala. • Očekuje se stalan porast broja proizvoda čiji će modeli, i sami proizvodi, dobiveni nekom od tehnika RP zahtijevati vrlo malo naknadne obradbe. Darko Škrobot, dipl. inž. strojarstva
Brza izradba novog proizvoda Brza izradba prototipa RP – osnovna ideja q Dizajn q Nacrti q Detaljiranje i radionički nacrti q Projektiranje i izradba alata q Projektiranje i izradba naprava q Prototipna radionica (oprema i kadar) q 3 D prototip Darko Škrobot, dipl. inž. strojarstva
Brza izradba novog proizvoda Brza izradba prototipa Santa Clara University, 2001 -2002 Rapid Prototyping Rapidly q RP nije uvijek brz • • • “Rapid” više vrijedi za ukupni ciklus dizajna, nego brzinu samu za sebe Neki funkcijski korisni dijelovi mogu zahtjevati značajne naknadne obradbe RP uklanja potrebu dizajna za prototip, a podržava dizajn za proizvodnju, dizajn za pouzdanost, dizajn za održavanje, itd. q RP nije ograničen samo na izradbu prototipa Darko Škrobot, dipl. inž. strojarstva • Kod nekih obradaka, serije se kreću do nekoliko stotina, nekoliko tisuća, a u posljednje vrijeme i nekoliko desetaka tisuća komada u seriji • U određenim situacijama proizvodnja u slojevima je jedini način izradbe dijela, što RP čini i načinom izradbe dijelova i načinom izradbe prototipova
Brza izradba novog proizvoda Brza izradba prototipa Prednosti brze izradbe prototipa ? q Primjenom postupaka brze izradbe prototipa smanjuju se potrebe za HW (u širem smislu) u ciklusu razvoja proizvoda. q U velikoj mjeri doprinosi proizvodnoj "filozofiji" sažetoj u maksimi proizvoditi brže, kvalitetnije i jeftinije. • RM, kroz RP i RT omogućuje skraćenje vremena izlaska proizvoda na tržište i veću konkurentnost - vrijeme od ideje do prototipa skraćuje se za nekoliko puta. • Analizom prototipa mogu se utvrditi potrebne korekcije u konstrukciji prije početka same proizvodnje, što omogućuje značajne uštede. q Punu učinkovitost RM daje samo uz integraciju tehnologije, organizacije i informatike, a to podrazumijeva primjenu računala i odgovarajućih CAx aplikacija u svim fazama razvoja proizvoda i proizvodnje. Darko Škrobot, dipl. inž. strojarstva
Brza izradba novog proizvoda Brza izradba prototipa NEKI POSTUPCI RP-a Stereolitography (SL) Selective Laser Sintering (SLS) Laminated Object Manufacturing (LOM) 3 -D Printing Fused Deposition Modeling (FDM) Light Engineered Net Shaping (LENS) Solid Base Curing Paper Lamination Technology (PLT) Darko Škrobot, dipl. inž. strojarstva
Brza izradba novog proizvoda Brza izradba prototipa Primjena RP q Vizualizacija dizajna (estetski, stroj. , arhit. , medic. , . . . ) q Provjera oblika (DFA, DFM, DFS, . . . ) q Funkcijski prototipovi (funkcionalno primjenjive komponente ili cijeli proizvodi) q Izradba alata (izradba dijelova ili cijelih alata za lijevanje, injekcijsko prešanje i sl. – Rapid Tooling) q Proizvodnja Darko Škrobot, dipl. inž. strojarstva
Brza izradba novog proizvoda Brza izradba prototipa Vizualizacija dizajna Darko Škrobot, dipl. inž. strojarstva
Brza izradba novog proizvoda Brza izradba prototipa Provjera oblika i sklapanja Darko Škrobot, dipl. inž. strojarstva
Brza izradba novog proizvoda Brza izradba prototipa Funkcionalni prototipovi Darko Škrobot, dipl. inž. strojarstva
Brza izradba novog proizvoda Brza izradba prototipa izradba alata i dijelova alata Darko Škrobot, dipl. inž. strojarstva
Brza izradba novog proizvoda Brza izradba prototipa Darko Škrobot, dipl. inž. strojarstva
Brza izradba novog proizvoda Brza izradba prototipa Darko Škrobot, dipl. inž. strojarstva
Brza izradba novog proizvoda Brza izradba prototipa Santa Clara University, 2001 -2002 • Obrada odvajanjem je najčešći prvi izbor kod maloserijske proizvodnje • Redovito se primjenjuje na CNC strojevima Darko Škrobot, dipl. inž. strojarstva
Brza izradba novog proizvoda Brza izradba prototipa Santa Clara University, 2001 -2002 Usporedba CNC obrade i RP CNC obrada • Visoka dimenzijska točnost • Visoka kvaliteta obrađene površine • Kompaktnost osnovnog materijala • Mala naknadna obrada Darko Škrobot, dipl. inž. strojarstva RP • Pristup svim točkama modela • Nema složenog i zahtjevnog planiranja procesa (CAPP je u velikoj mjeri integriran i automatiziran) • Nema potrebe za napravama (ponekad. . . ) • Nema ili minimalna zamjena alata
Brza izradba novog proizvoda Brza izradba prototipa Fraunhofer Institut, 30 -02 -2002 Stanje i zahtjevi tržišta • Smanjenje vremena razvoja poticano stalnim inovacijama i tržišnom borbom • Veća složenost proizvoda • Potreba za stvarnim modelima (unatoč velikih mogućnosti “prividne stvarnosti” – Virtulal Reality) • Konvencionalna izradba modela je vremenski zahtjevna i često iziskuje veliki udio ručnog rada (vještine) Rješenja • Razvoj tehnika za generativnu izradbu prototipa, izravno iz CAD modela • Mobilizacija mogućih ušteda u vremenu i cijeni Darko Škrobot, dipl. inž. strojarstva
Brza izradba novog proizvoda Brza izradba alata Fraunhofer Institut, 30 -02 -2002 Brza izradba alata - Rapid Tooling – RT q Iste karakteristike kao i RP • Generativna izradba, sloj-po-sloj (Layered Manufacturing), izravno iz CAD modela • Najčešće nisu potrebni nikakvi kalupi ili alati • Postizanje značajnih ekonomskih učinaka pri izradbi dijelova složene geometrije u malim serijama ili pojedinačno q Izradba kalupa i alata po principu sloj-po-sloj (Layered Manufacturing) q Oblikovanje kalupa na temelju modela Darko Škrobot, dipl. inž. strojarstva
Brza izradba novog proizvoda Brza izradba prototipa Fraunhofer Institut, 30 -02 -2002 Osnovni faktori koji utječu na vrijeme izlaska na tržište “Time to Market” Vrijeme razvoja proizvoda q Uvjeti u fazi razvoja proizvoda • Nedorečeni ili brzo promjenjivi zahtjevi korisnika • Zahtjevi vezani uz okoliš • Kraći životni vijek proizvoda • Niže cijene i stalni pritisak na troškove • Zakonska ograničenja q Često se i 25% vremena razvoja proizvoda utroši na izradbu prototipova i modela q Kašnjenje u tržišnoj zrelosti (market maturity) dovodi do neproporcionalno manjeg profita u usporedbi s troškovnim faktorima Darko Škrobot, dipl. inž. strojarstva
Fraunhofer Institut, 30 -02 -2002 Brza izradba novog proizvoda Brza izradba prototipa Većina troškova definirana je već u ranim fazama razvoja proizvoda. Zaključak: Modeli i prototipovi moraju biti dostupni u što kraćem vremenu kako bi se na vrijeme mogla potvrditi uspješnost proizvoda. 100 % Definirani trošak 75 % 50 % Ostvareni trošak 25 % 0% Ideja Plan Koncepcija Razvoj Faza projekta Raz. /proiz. Početak pomagala Darko Škrobot, dipl. inž. strojarstva proizvodnje
Brza izradba novog proizvoda Brza izradba prototipa Broj instaliranih RP i RT sustava u svijetu Darko Škrobot, dipl. inž. strojarstva Fraunhofer Institut, 30 -02 -2002
Fraunhofer Institut, 30 -02 -2002 Brza izradba novog proizvoda Brza izradba prototipa Broj instalacija pojedinih RP tehnika Ukupno: 6655 32% 90% 18% 10% Source: Wohlers Associates Inc. , 2001 Darko Škrobot, dipl. inž. strojarstva
Brza izradba novog proizvoda Brza izradba prototipa Source: Wohlers Associates Inc. , 2002 Darko Škrobot, dipl. inž. strojarstva
Brza izradba novog proizvoda Brza izradba prototipa Fraunhofer Institut, 30 -02 -2002 Trendovi q Sustavna poboljšanja Točnost, materijali, mehanička svojstva, brzina rada, rukovanje, . . . q Smanjenje nabavne cijene i troškova rada Brza izradba dijelova • Primjena RT tehnika za izradbu krajnjih proizvoda • Proizvodnja u malim serijama • Utvrđivanje granice isplativosti u odnosu na konvencionalne metode Brza izradba alata • Produljenje životnog vijeka alata • Kompatibilnost sa alatima u serijskoj proizvodnji • Conformal hlađenje • Postepena gradnja alata uz promjenjiva svojstva Darko Škrobot, dipl. inž. strojarstva
Brza izradba novog proizvoda Brza izradba prototipa Fraunhofer Institut, 30 -02 -2002 Zaključak q Zajedno, integrirano, s RPD skraćuje vrijeme izlaska na tržište (Time to Market) i povećava konkurentnost. q Omogućuju značajne vremenske i financijske uštede. q Kreiranje dijelova generativno, sloj-po-sloj. q Izradba prototipova i alata. q Izbor tehnika obzirom na tražena svojstva, materijal, veličinu serije, . . . q Podrazumijeva primjenu računala i odgovarajućih CAx aplikacija u svim fazama razvoja proizvoda i proizvodnje. q Punu učinkovitost RM daje uz integraciju tehnologije, organizacije i informatike. q Daljnji razvoj teži optimizaciji rukovanja, sve većoj sličnosti serijskim proizvodima, izradbi krajnjih proizvoda. q Nema složenog i zahtjevnog planiranja procesa (CAPP je u velikoj mjeri integriran i automatiziran). Darko Škrobot, dipl. inž. strojarstva
Brza izradba novog proizvoda Brza izradba prototipa Hvala na pažnji ! Darko Škrobot, dipl. inž. strojarstva
Brza izradba novog proizvoda Brza izradba prototipa Fraunhofer Institut, 30 -02 -2002
Brza izradba novog proizvoda Brza izradba prototipa Fraunhofer Institut, 30 -02 -2002
Brza izradba novog proizvoda Brza izradba prototipa Fraunhofer Institut, 30 -02 -2002
Brza izradba novog proizvoda Brza izradba prototipa Fraunhofer Institut, 30 -02 -2002
Brza izradba novog proizvoda Brza izradba prototipa Fraunhofer Institut, 30 -02 -2002
Brza izradba novog proizvoda Brza izradba prototipa Kategorije (skupine) postupaka brze izradbe prototipa q Ultraljubičasto skrućivanje § Stereolitogrfija (SLA) § Solid Ground Curing (SGC) q Spajanje slojeva § Laminated Object Manufacturing (LOM) § JP – System q Polaganje materijala § Multi-Jet Modeling (MJM) § Fused Deposition Modeling (FDM) § Model Maker (MM) q Spajanje praškastih materijala § 3 D Printing (3 DP) § Selective Laser Sintering (SLS) § Laser Engineered Net Shaping (LENS)
Brza izradba novog proizvoda Brza izradba prototipa Svojstva i preporučeni brojevi komada za različite RP/RT tehnike Čelični alati SLS (čelik) • Ostala svojstva Svojstva dijela • Točnost oblika i dimenzija Keltool TM SLS (Cu. Ni) SL MCP Vakuum SLS Ne-serijska • Kvaliteta površine • Mehanička svojstva Al-kalup kao serijska Svojstva dijela PU-GFK SL FDM 0 10 103 104 Veličina serije 105
Brza izradba novog proizvoda Brza izradba prototipa Rapid Prototyping - Stereolithography Povijest: Stereolitografija je prva tehnologija brze izrade prototipova, a razvio ju je Chuck Hull 1984. godine. Proces: 3 D model se "sječe" u slojeve male debljine (rade se presjeci 3 D modela s vrlo malim razmacima). Na temelju podataka iz svakog sloja radi se suport (potpornji) i postavljaju na platformu, koja se nalazi u tanku s fotoosjetljivim polimerom na dubini 1 sloja ispod površine polimera. UV izvor male snage i dobro fokusiran se giba iznad površine polimera i izaziva skrućivanje. Platforma se spušta i postupak se ponavlja sa slijedećim slojem i tako do završetka objekta.
Brza izradba novog proizvoda Brza izradba prototipa Naknada obrada Suporti (potpornji) se moraju slomiti i odstraniti, a objekt je potrebno u UV peći dovesti do potpunog skrućivanja. Područje primjene - marketinški prototipovi, funkcionalni prototipevi, uzorci za vakuum lijevanje - uzorci za druge tipove lijevanja i "sprejanja“, Materijali - dovoljna točnost i kvaliteta obrade, visoka rezolucija, nema geometrijskih ograničenja - mogućnost rada bez nadzor (3. i 4. smjena), - samo epoksi i akrilni materijali (ograničena primjena), potrebni su suporti (potpornji) - poteškoće pri procjeni distorzija, - potrebno je naknadno izlaganje u UV pećima Epoksi, Akrili Točnost ± 0, 05 mm Cijena 215 000. . 570 000 € Ovisno o stroju 635 mm/s (SLA - 250/50 HR). . . 9520 mm/s (SLA -7000, large spot) 254/254 (SLA-250). . . 508/600 (SLA-7000) Prednosti Nedostaci Vrijeme Radni prostor Izvor: Internet
Brza izradba novog proizvoda Brza izradba prototipa
Brza izradba novog proizvoda Brza izradba prototipa Rapid Prototyping - Laminated Object Manufacturing History: Prvi LOM stroj prodan je 1992 od strane firme Helysis. Proces: Materijal od kojeg se formira objekt je u obliku role skoje se dovodi na platformu, tu se izrezuje te se pomoću vrućeg valjka lijepi z aprethodne slojeve. Izrezivanje konture svakog sloja se vrši laserom. Višak materijala se razrezuje kako bi se kasnije lakše odstranio. Proces izerzivanja konture i "Ljepljenj" se ponavlja za potreban broj slojeva. Snaga lasera: 25 W (LOM 1015 plus) and 50 W (LOM 2030)
Brza izradba novog proizvoda Brza izradba prototipa Naknada obrada - odstranjivanje viška, brušenje, - poliranje Područje primjene - lijevanje u pijesku; vakuum lijevanje - konceptualni dizajn Prednosti - moguće su obrade glodanjem i bušenjem (kao u drvetu), vrlo dobra i prihvaćena tehnologija za modelare, jeftin stroj, nema unutarnjih naprezanja (laser reže samo konturu), pogodna za velike objekte Nedostaci - ne mogu se dobiti tanke stjenke u smjeru osi Z - ne mogu se izvoditi šuplji objekti kao flaše (ne može se odstraniti višak) Materijal papir, metalne folije, keramičke folije Točnost ± 0, 15 mm Cijena 120 000 € - 235 000 € Vrijeme 4 -8 mm/h Radni prostor 254/380/355 (LOM 1015 plus). . . 559/812/508 (LOM 2030 H) Izvor: Internet
Brza izradba novog proizvoda Brza izradba prototipa
Brza izradba novog proizvoda Brza izradba prototipa Rapid Prototyping - Selective Laser Sintering Povijest: Selective Laser Sintering, razvila je firma DTM-Corporation 1987. godine. Laser Sintering poliamida razvila je njemačka firma EOS-Company 1991. godine. (History: Developed in 1993 by Boston Masachusetts Institute of Technology, USA. ) Proces: Danas se primjenjuje tri tipa strojeva za laserko sinteriranje: • EOSINT P – za termoplastični prah • EOSINT M – za metalni prah • EOSINT S – za Zr i Si prah 3 D objekt se reže u slojeve debljie 0. 1 mm. Prah se polaže i preša u komori, a pomoću lasera i CNC programa se definira granica, zagrijava prah na više od 900 C (temperatura sinteriranja), uslijed čega dolazi do povezivanja čestica praha. Nesinterirani prah služi kao suport. Platforma na kojoj se sve dovija se postepeno spušta (za debljinu sloja) dok se ne završi cijeli proces.
Brza izradba novog proizvoda Brza izradba prototipa Naknada obrada Temp. u komori se treba smanjiti prije odvajanja sint. i nesint. praha (ako se to radi prije, uslijed unutarnjih naprezanja može doći do deformacija objekta). Poroznost površina koja se može smanjiti bojenjem i/ili voskom Područje primjene - visualni prototipovi, funkcionalni prototipvi, kalupi za lijevanje - EDM elektrode, alati za injekcijsko prešanje, tvrdi alati Prednosti - mogućnost primjene brojnih materijala, nema naknadnog grijanaj - nema potrebe za zasebnim suportima, nesinterirani prah se može ponovo koristiti Materijal može doći do "viška" sinteriranja (i ono što ne želimo), u komoru se mora stalno dovoditi dušik, moraju se odvoditi otrovni plinovi nastali procesu spajanja, kod određenih oblika se dobije značajna hrapavost termoplasti, metali, piesak (sve u formi prha) Točnost ± 0, 13 mm Cijena > 310 000 € Vrijeme 2 -15 mm/h Radni prostor Ø 305/380 (Sinterstation 2000). . . 380/720/400 (EOSINT S 700) Nedostaci
Brza izradba novog proizvoda Brza izradba prototipa
Brza izradba novog proizvoda Brza izradba prototipa Source: Wohlers Associates Inc. , 2002
Brza izradba novog proizvoda Brza izradba prototipa
Brza izradba novog proizvoda Brza izradba prototipa
- Slides: 46