Sintavia是一家位于美國佛州的增材制造服務商,其產品和業(yè)務主要針對于航空航天領域。2019年,公司完成了在本州勞德代爾堡地區(qū)的一家增材制造工廠的建設。這家工廠具體位于位于好萊塢市內,占地面積達55000平方英尺,目前擁有25臺金屬零件3D打印設備。
事實上,Sintavia在2015年就從飛機發(fā)動機的維修、維護和運行(MRO)業(yè)務開始起家,通過運用激光電子束粉末床融合技術(PBF)生產和維修飛機、火箭發(fā)動機部件。同時,公司將用于航空航天領域的PBF技術作為公司發(fā)展的唯一目標。
公司首席執(zhí)行官兼創(chuàng)始人Brian Neff表示,Sintavia在傳統(tǒng)航空航天零件生產方面沒有任何經驗積累,這反而有助于公司使用增材制造技術開辟新的市場。他談到,“這不像我們必須在傳統(tǒng)制造業(yè)中必須通過燒毀‘船’來承諾增材制造的作用,我們一開始就沒有那些‘船’。”從Sintavia好萊塢市的工廠,我們或許能對當前增材制造對生產制造形成的影響,有一個直觀認識。
■Sintavia希望使用越來越大的機器。這是公司新近安裝的EOS四激光AMCM M-4K 3D打印設備,可生產出高達1米的零件
影響一:安靜
Sintavia增材制造生產車間整體顯得非常安靜,與辦公區(qū)的環(huán)境幾乎沒有什么不同。在增材制造的生產過程中,安靜、有序和整潔是每一到訪人的普遍感受。這與Sintavia的CNC加工車間形成了鮮明的對比。
在CNC加工車間,空氣中有冷卻劑蒸汽,此外還有壓縮機、電機和金屬切割發(fā)出的噪音。從事制造業(yè)的人通常已經習慣了這些噪音,并將其視為制造業(yè)的典型標志。
■生產操作安靜、干凈、平靜,幾乎沒有直接的人工干預
影響二:生產監(jiān)督而不是直接配備生產人員
Sintavia的這間增材制造工廠是為無人值守生產而設計的。任何給定部件的生產過程都會經歷一個漫長的構建周期,持續(xù)時間往往超過一天,有時甚至超過一周。如果按照傳統(tǒng)方式生產類似的零件或子組件,那么需要配備不同的操作人員,并合并許多單獨的零件制造、運輸和組裝步驟。
因此,增材制造被視為一種可以產生高附加值的生產過程,而在其過程中幾乎沒有直接的人工參與。Sintavia通過采用信息傳輸的方式,將有關生產的信息傳遞到員工所在的地方。該設施在Siemens的ERP系統(tǒng)套件(包括Teamcenter、Opcenter)上運行,使用這些系統(tǒng)為整個站點的顯示器提供不同的數據反饋和傳遞。在公司的工程部門,其中一組監(jiān)視器(如任務控制陣列)為各種生產作業(yè)提供了實時狀態(tài)信息。
■Sintavia工程部門的顯示器可實時顯示生產信息
影響三:面向未來的建筑設計
增材制造技術正在迅速發(fā)展。在工廠設計之初就需要預見到,短短幾年內使用的機器可能與今天使用的機器不同。Neff預計最有意義的技術變革是向更大的PBF機器邁進。具有更大床身尺寸和工作高度的機器,將使增材制造能構建出體積更大的零件,將更多的裝配工作整合到一個部件中,一次構建就能完成更多、更小的部件,提高生產力。
為了滿足公司對未來機器更大的期望,工廠的設計空間和中央走廊(用于進出機器)比當今設備尺寸所需的空間更大。
影響四:粉末是生產的一部分
想要實現高效的日常增材制造生產,就意味著Sintavia需要在激光電子束粉末床融合技術的背景下,開發(fā)出有效處理打印粉末并確保粉末質量的方式。在這一方面,Sintavia遵循了簡單性和常識的原則。對于不同金屬材料(鋁合金、鎳合金)的生產,確保不同材料之間沒有交叉污染。公司自行設計和定制的粉末罐,讓員工根據容器的大小和形狀一眼就能識別出罐中的材料。
為了保證粉末質量,使用藥瓶等微小的白色容器將粉末樣品從工作中的建筑運送到現場 實驗室。如果粉末分析顯示給定零件的粉末質量偏離了所需規(guī)格,則生產團隊就會發(fā)出“全部停止”的通知,直到問題被解決為止。
影響五:加工作為流程的核心
在飛機發(fā)動機零件等精密復雜部件的增材制造中,僅靠3D打印并不能實現零件的最終價值。在正式交付給客戶之前,零件需要經過后處理和機加工。Sintavia工廠的機加工車間占地面積相對較小,但Neff表示,后處理能力的重要性怎么強調都不為過。僅靠增材制造技術無法實現零件所需的公差。
車間內的數控機床包括四軸和五軸加工中心,以及多任務車銑復合車床。與那些無人化操作的3D打印設備相比,這家車間的工作依賴于熟練的機械師,他們能夠為幾何復雜的零件形狀進行再加工。
■工廠機加工車間的CNC加工中心
影響六:沒有煙囪
當Neff指出增材制造設施“沒有煙囪”時,他的意思是比喻性的。進行機械加工、成型或組裝的設施也沒有煙囪。其實,他真正的意思是想說明增材制造過程沒有廢物流的產生。在增材制造過程中,廢物產生的量極少。
但事實上,Neff也指出了增材制造所面臨的挑戰(zhàn),金屬增材制造中的冷凝物是一種廢物副產品,因為產生的量很小,以至于目前還沒有市場驅動的解決方案能夠接收和處理這種廢物。
Sintavia可能是首批產生足夠數量的此類副產品,同時也能提出處理解決方案的公司之一。為3D打印過程對環(huán)境的影響尋找可持續(xù)的解決方案,是公司認識到需要面對的主要問題之一。
影響七:專注于一個目的
從某種意義上說,“工廠”又回來了。也就是說,“工廠”是指為給定的最終產品專門建造的地方。隨著時間的推移,制造業(yè)已經從工廠轉移。今天的OEM廠商更傾向于不生產他們的產品,而是完成組裝工作。
與此同時,合同供應商服務于許多市場。任何給定的模具制造商或機械車間,都可能同時服務航空航天、汽車、醫(yī)療和其他行業(yè)。但Sintavia不是OEM企業(yè),也不是通用承包商。這里的打印設備目標明確,就是運用粉末金屬加工飛機的發(fā)動機零件。
增材制造不僅僅是一種不同的制造工藝,也是一種生產方式,暗示了一種完全不同類型的制造商。
影響八:數據和文件是流程的一部分
這一點與其他飛機工業(yè)生產設施沒有什么不同,但在增材制造行業(yè)仍舊需要值得注意。也就是說,企業(yè)在為航空航天生產而專門建造工廠車間時,必須考慮到產品生產記錄和可追溯性。從某種意義上說,將價值和組裝整合到統(tǒng)一的3D打印復雜零件中,也可以將該價值的所有文書工作整合到這些零件上。在Sintavia工廠的質檢區(qū),等待零件的貨架上同時附有文件的貨架?!拔臅ぷ骺赡鼙攘慵匾??!币晃患夹g人員指出。
影響九:不間斷的電源
佛羅里達州每年都有颶風光臨。然而在一個生產設備中,任何給定時間的作業(yè)都可能處于一到兩周的精細構建周期中,因此持續(xù)供電對于確保構建成型和零件質量至關重要。對于 Sintavia來說,飛輪驅動的電力系統(tǒng)在停電后可讓所有建筑物運行30秒,為發(fā)電機啟動和接管所需的15秒提供足夠的余量。Neff說,憑借備用電源Sintavia可以完全依靠發(fā)電機供電運行至少兩周的時間。
■這里看到的發(fā)電機容量可以使Sintavia的設施在斷電后至少運行兩周
影響十:定制質量體系
Neff表示,對于實現受控、經過驗證的增材制造零件生產設施,沒有現成的模板。傳統(tǒng)制造工藝確實提供了其他成功設施可以復制的例子,但在高端飛機零件的增材制造生產中,模型較少。Sintavi的團隊必須自己制定所需的步驟。
因此,Sintavia工廠與其他成熟生產過程的一個最根本區(qū)別是如何定義質量程序。事實上這并不容易,例如用于現場粉末檢查的藥瓶、接收和儲存粉末的注意事項以及(防止轉動的預防措施,移動金屬手推車太靠近打印設備會對機器磁場造成潛在影響。
Neff最后談到,設施只是表現形式,在實現將增材制造應用于高端零件生產時,Sintavia真正需要的是構建流程。
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