John Deere si rivolge alla stampa 3D di parti del motore più efficienti

Il nuovo trattore della serie 6R di John Deere è dotato di una valvola del carburante stampata in 3D.

I nuovi trattori John Deere che escono dalla linea di produzione di Mannheim, in Germania, hanno una novità per l’azienda: una parte del motore in metallo stampata in 3D.

Il produttore globale di attrezzature agricole e per il giardinaggio non è estraneo alla stampa 3D, avendola utilizzata per più di 20 anni per realizzare migliaia di prototipi, strumenti, maschere e dispositivi nelle sue fabbriche globali. Ma la valvola in acciaio inossidabile stampata in 3D nel sistema di alimentazione del trattore rappresenta una nuova direzione e fa parte di quella che l’azienda chiama la sua strategia industriale intelligente.

Lanciata nel 2020, John Deere ha annunciato la sua visione di integrare rapidamente le nuove tecnologie in tre aree di interesse: sistemi di produzione, stack tecnologico e soluzioni per il ciclo di vita.

La stampa 3D fa parte di questa visione e questa valvola è uno dei suoi primi frutti. È più efficiente che se fosse prodotto in modo tradizionale. È circa il 50% più economico e significativamente più piccolo, utilizzando meno materiale. Ma questo è solo il motivo per cui John Deere ha scelto di stampare in 3D questa parte.

John Deere ha stampato in 3D migliaia di valvole deviatrici termiche per i suoi nuovi trattori serie 6R e 6M ... [+].

Il primo di molti pezzi stampati in 3D

La nuova valvola deviatrice termica sulle ultime versioni dei trattori John Deere 6R e 6M non è solo un'applicazione innovativa della tecnologia di stampa 3D in metallo sempre più accessibile, è il culmine di circa due anni di ricerca e sviluppo.

Tutto è iniziato con la sfida di garantire che i trattori John Deere funzionassero in ambienti freddi. Gli ingegneri avevano il compito di sviluppare una valvola in grado di mantenere la temperatura del carburante senza influire sulle prestazioni del motore.

"In primo luogo, si inizia con ciò che si desidera che il componente faccia", afferma Udo Scheff, direttore tecnico dei trattori di piccole e medie dimensioni John Deere, "e si lavora ottimizzando la fluidodinamica computazionale e simulandola nel mondo virtuale, quindi si trasferisce tutto ciò in progetti digitali per un modello prototipo."

Il modello prototipo idealizzato, quello che lasciava fluire il carburante con la massima efficienza, aveva canali interni arrotondati e lisci. Una caratteristica, afferma Scheff, è possibile creare solo con la stampa 3D.

"Nella dinamica dei fluidi, quando si hanno due fori che si intersecano, si hanno sempre spigoli vivi se si utilizzano utensili di lavorazione. Con la stampa 3D, si possono avere angoli arrotondati, che è l'elemento che ci ha portato un altro passo avanti nell'ottimizzazione della valvola."

Per verificare se la parte funzionasse come previsto, gli ingegneri di John Deere hanno collaborato con il personale di produzione additiva della tedesca GKN Additive (Forecast 3D), un produttore digitale di parti e materiali metallici, per ottimizzare ulteriormente la progettazione della valvola del carburante per la stampa 3D in metallo. . GKN ha stampato prototipi di valvole in acciaio sulla nuova stampante 3D in metallo di HP HPQ, la soluzione Metal Jet S100. Questa stampante utilizza una delle tecnologie di stampa 3D in metallo – ce ne sono diverse – chiamata binder jetting, in cui una polvere metallica viene unita con un agente legante strato su strato per formare una parte che viene poi sinterizzata in un forno di livello industriale. Successivamente, la parte viene lavorata e assemblata.

Ingegneri progettisti presso lo stabilimento John Deere di Mannheim, Germania.

La valvola deviatrice termica è stata sottoposta a test rigorosi per garantire la qualità del tubo richiesta, che è uguale al metallo lavorato o fuso a cera persa. Anche il test sul campo del componente è stato un successo.

"Quindi questo è il punto in cui abbiamo dovuto decidere come avremmo prodotto questa parte per soddisfare le proprietà del materiale e altri requisiti", afferma Scheff, che ha dovuto anche considerare la scadenza ravvicinata per questa parte, quanto sarebbero costati gli utensili, e come la parte si adatterebbe al flusso di lavoro dell'assemblaggio.

"Ed è allora che abbiamo deciso, ok, se questa parte stampata in 3D funziona nei test e la produzione additiva è economicamente efficiente, allora funzionerà anche nella produzione", afferma Scheff.

La creazione di prototipi con lo stesso materiale e metodo che verranno utilizzati per la parte di produzione finale offre agli ingegneri maggiori garanzie di prestazione. "Abbiamo scelto il processo a getto di metallo di HP perché è molto più veloce di altri processi di stampa 3D in metallo", aggiunge Jochen Müller, responsabile della progettazione digitale globale di John Deere. "Stiamo scoprendo opportunità per fornire apparecchiature più efficienti, affidabili e sostenibili e HP ci ha fornito la soluzione perfetta per questo."