Suurten valukappaleiden 3Dvalmistus ja valumallien skannaus Valunkäytön seminaari 2019 1 Wärtsilä INTERNAL 26.3.2019 [Presentation name / Author]
JARKKO LAINE Chief Engine Expert, Castings Material & Tribology Research & Technology Development R&D and Engineering Wärtsilä I Marine 1999 DI Tampereen Teknillinen Yliopisto, Materiaalioppi 1998-2006 Tutkija Valimoinstituutti, Materiaaliopinlaitos TTY 2006-2012 Senior Foundry Expert, Manufacturing Technology Services/ME Finland 2012-2017 Senior Engine Expert, Power systems... 2017- Chief Engine Expert, Castings, Engines R&D, Marine Solutions Wärtsilä Wärtsilä INTERNAL
WÄRTSILÄ OYJ Moottoritehtaat: Vaasa Trieste 19 294 >70 >200 Ammattilaista (31.12.2018) Maata Toimipistettä 3
MARINE SOLUTIONS Marine solutions 4 Wärtsilä INTERNAL Jarkko Laine
SMART TECHNOLOGY HUB Valmistuu Vaskiluotoon vaiheittain, ensimmäiset muuttavat loppuvuodesta 2019 -tavoitteena joustava valmistus- ja tuotekehitys ympäristö Partner campus -tutkimuspartnereille ja toimittajille tarjotaan erilaisia tiloja ja mahdollisuuksia osallistua tulevaisuuden luomiseen 5
WÄRTSILÄ 31 Hyötysuhde >50% Polttoaineen hyötysuhde 165 g/kwh 6 Wärtsilä INTERNAL Wärtsilä Suomessa
WÄRTSILÄ 31 8W31 Paino 56,7 tonnia Mitat (L*W*H) 6,2*3,1*4,7 m (vain moottori) 7 Wärtsilä INTERNAL Jarkko Laine
VERTAILUA Family car ; VW 2.0 TDI W6L20; Marine aux W6L32, Marine W10V31 W20V46F Power plant Bore / Stroke (mm) 81 / 95.5 200 / 280 320 / 400 310/430 460 / 580 Cylinder volume (litres/cyl) 0.49 8.8 32.2 32.4 96.2 Cyl output max (kw / RPM) 25.5 / 4000 200 / 1000 500 / 750 610/720 1150 / 600 Engine output (kw) 103 1200 3000 6100 23000 Typical operating point Load (kw) / RPM ~20 / 1600 1700 (90km/h) (200) 1020 / 1000 2550 / 710 750 4270/760 23000 / 600 Max boost pressure (bar) ~1.1 3.9 3.4 ~8 3.9 Max cylinder pressure (bar) 90 110 200 200 275 230 Fuel consumption at typical load (kg/h) 5 210 480 750 4300 Life time (h) ~6000 (300 000km) Piston >60000 Inj pump/nozzle 24000/6000 Crank shaft >20years = =* = Wärtsilä INTERNAL
VALUT Valut vaihtelevat 15 grammasta 88 000 kiloon. Valumateriaalit: Pallografiittivalurauta GJS (~85%) Suomugrafiittivalurauta GJL (~10%) (valu)alumiinit (~3%) (valu)teräkset (~1%) Valumenetelmät: Käsin kaavaus Konekaavus Tarkkuusvalut Kokillivalut (kokilli-, matalapaine- ja painevalut) Wärtsilä INTERNAL
VALUKAPPALEIDEN 3D-VALMISTUS JA SKANNAUS Huollon tarpeet Taustaa: 1995 alkaen koneistettu 3D-malli 2d kuvat sitä ennen Erilliset valun 3D mallit vuodesta 2010 Non-portfolio moottoreita: Wärtsilä 22, Vasa24, Vasa32, W64 Nohab, SACM, Stork, Sulzer Näiden mallivarusteita: Wärtsilän varastoimina noin 1000 Valimoissa 6000-10000(?) Osa aktiivisessa käytössä, suurin osa ei aktiivisia. Pääsääntöisesti puumalleja 10
VALUKAPPALEIDEN 3D-VALMISTUS JA SKANNAUS R&D:n ja valmistuksen tarpeet Erilaisten testirigien rungot Koneistuskiinnittimien rungot Prototyypit 11
KAPPALEESTA 3D-MALLIKSI REVERSE ENGINEERING Wärtsilä toimitti Kannen Piirustukset Toimittaja Sahasi Skannasi Rakensi 3D mallin Toimitti stp mallin Vastuu toimittajalla, ei tiedostojen siirtoa edestakaisin. Käytettiin FEM-laskentaan 12
VALUMALLISTA 3D-MALLIKSI W20-lohkon mallivarusteet (sarjatuotanto malli, joka on otettu pois valimosta) 22 osaa, laatikot avattiin skannattaviksi nosturilla. 13
VALUMALLISTA 3D-MALLIKSI Tehty työ Mallista lohjennut nurkka Skannaaja Skannaus Pistepilven käsittely, tarpeettomien piirteiden poistaminen ja verkkojen paikottaminen Wärtsilä Skannaajan apupoika Stl:n läpikäyminen.. -> toimivat pintamallit, joita käytettiin Mallin valmistuksen apuna 14
VALUMALLI OMASSA VARASTOSSA SAATAVUUSKYSELY TARJOUSPYYNTÖ VALIMOLTA TARJOUS VALIMON TIEDUSTELU MALLIN KUNTO JNE TARKASTUS JA KUNNON RAPORTOINTI MALLIN TOIMITUS VALIMOON MAHDOLLINEN UUDELLEEN POHJAUS, KUNNOSTUS TMS. 3 työtuntia 2 työtuntia 2-16 työtuntia Valun toimitus 15
2D KUVASTA 3D-MALLIKSI Case Päätykotelo -Servicen tarve 1 kpl -Mallivarusteet romutettu tai hävinneet -Ei tilattu yli 15 vuoteen (SAP ollut Wärtsilässä tämän ajan) Mallinnustyötä noin 6 tuntia.. 16
HYBRIDI, MALLIN JA HIEKKAPRITTIEN YHDISTELMÄ Case testi rigin runko Toimii semihydraulisen venttiilikoneiston testialustana W31 on kokoluokassaan ensimmäinen moottori semihydraulisella venttiilimekanismilla 17
HYBRIDI, MALLIN JA HIEKKAPRITTIEN YHDISTELMÄ Case testi rigi Mitat Leveys 1449 mm Pituus 1330 mm Korkeus 645 mm Paino 1458 kg Materiaali: GJS 18
HYBRIDI, MALLIN JA HIEKKAPRITTIEN YHDISTELMÄ 19
LOST FOAM / TÄYSMUOTTIKAAVAUS MENETELMÄ -Suurien yksittäiskappaleiden ja lyhytsarjojen tekoon 20
LOST FOAM MALLIN VALMISTUS Muodot koneistetaan, robotilla ja/tai suurella 3- akseli koneella Kanavistot tehdään hiekkakeernoilla, jotka laitetaan muottiin 21
LOST FOAM / TÄYSMUOTTIKAAVAUS Koneistetut blokit liimataan yhteen lostfoam malliksi, joka kaavataan furaanihiekkaan. 22
LOST FOAM VALU Valu-, puhdistus jne. normaalin valuprosessin mukaisesti. 23
KEHITTYVÄT BRIC MAAT Säästötavoitteet kiinan hankinnoissa 2006-50% 1 $/h 2012-25% 3 $/h 2018-10% 6 $/h 2021 0%? 10 $/h(?) 24
KEHITTYVÄT BRIC MAAT Toimittaja X 2016 7 x ExOne S-Max 1800*1000*700 GE:n sylinterikansien tekoon 2017 Omien printterien kehitys: Dream 2215 size 2200*1500-700/1000 Dream 2515 size 2500*1500*1000 10 x 3D hiekkaprintteriä käytössä 2018 Toimittaja X:n valimo 1: 14 printteriä valimo 2: 9 printteriä 10% tuotannosta sisältää printtikeernoja. 25
YHTEENVETO R&D:n tarpeet 3d-hiekkaprintit Mallien ja printtien hybridit Todella isot lost foam? Huollon mallit Vuoden 1995 jälkeen suunnitelluista kappaleista löytyy 3D-mallit (koneistetut) Pienten harvoin käytettyjen mallien siirto valimosta ja varastointi ei ole järkevää. Mallivarusteiden skannauksen hyödyt yksinkertaisissa kappaleissa kyseenalaisia Pelkät pintamallit (.stl) eivät usein riitä Vanhat mallit ovat puuta ja usein rapistuneita ja pois mitoiltaan Käytettäessä hiekkaprinttiä optimaalinen valuasento poikkeaa usein suunnitellusta. 26