Fyra företag, fyra affärsmodeller

Vid projektets slut hade fyra av företagen som deltog i studien hunnit investera i egna sandskrivare. Genom intervjuer och företagsbesök framgick att flera olika affärsmodeller hade legat till grund för investeringsbesluten. Förutsättningarna för respektive affärsmodell och hur de kan påverkas av eventuell automatisering har beskrivits i termer av produktivitet, maskinutnyttjande, kostnad och kvalitet.

Produktivitet

Att printa en hel arbetsbox med material tar typiskt 16 timmar och sker i regel över natten. Dammsugning och plockning tar 2-4 timmar beroende på storlek och design på de printade delarna och lika mycket tid avsätts för rengöring och omstart av printern. Med viss flexibilitet i personalresurs fungerar det alltså bra att köra en ensam maskin på dagskift vilket motsvarar fem fyllda arbetsboxar per vecka.

Alla tre gjuterierna använder 3DSP för framtagning av prototyper. Då handlar det i regel om att printa hela formar inklusive kärnor. Flexibiliteten i 3DSP-tekniken utnyttjas fullt ut med korta ledtider och möjligheten att snabbt och enkelt göra förändringar i designen. Om det finns andra bolag i samma koncern eller företagsgrupp förser i regel sandprintern och gjuteriet även dessa bolag med prototyper. För att hålla nere ledtiderna och göra det möjligt att printa stora, oregelbundna formdelar krävs en överkapacitet i storleksordningen 30-40%.

Två av gjuterierna använder 3DSP även för serietillverkning av kärnor och tekniken konkurrerar då med den effektiva och billiga kärnskjutmaskinen. Främst handlar det om korta ordrar skräddarsydda för 3DSP, exempelvis med komplexa geometrier. Automation tillämpas inte då bägge printrarna 2020 ingår i manuella produktionslinor som även används för prototyper. Att automatisera processen kräver en integratör som mellanhand mellan printertillverkaren och gjuteriet.

Karlebo Gjuterieknik tillverkar både sandformar och kärnor men uteslutande för försäljning. Utnyttjandegraden i maskinen är hög genom att genomströmningen av komponenter och geometrier från olika ordrar kan optimeras. Optimalt ligger maskinens fyllnadsgrad på omkring 80% [7] och produktionen är helt fristående från andra moment.

39

Maskinutnyttjande

En viktig frågeställning vid projektets början var i vilken mån 3D-skrivaren kan utnyttjas med effektivt genom att den kompletteras med en robot. Traditionellt anses vinsterna vara störst vid långa serier i produktion men med de snabba, enkla metoderna för kommunikation med roboten som projektet utvecklat bör även korta serier vara konkurrenskraftiga, särskilt för dammsugning och plockning. Med en robot skulle dessa moment kunna klaras av under natten omedelbart efter avslutad utskrift, så att viktiga timmar sparas i början på arbetsdagen.

En liten robot med begränsad räckvidd och last kan räknas hem på bara dammsugningen. Om även plockning ska utföras krävs en större robot samt genomtänkt placering och layout av arbetsstationen. I jämförelse med dessa första moment är rensning betydligt mer komplex och kräver andra lösningar för programmering men också vision-system eller liknande för kvalitetskontroll. Blackning, plockning i pall och materialförsörjning till efterföljande produktionssteg är åter relativt enkla moment att programmera och styra men kräver mer av robotens placering, exempelvis en flyttbar robot. Å andra sidan skulle robotens nyttjande grad bli betydligt högre jämfört med de 2-4 timmar per dygn som dammsugning och plockning kan beräknas kräva.

Kostnader

3DSP är en teknik som innebär stora investeringskostnader i form av 3D-skrivare och kringutrustning. Produktionstakten är också mycket låg jämfört med traditionella form- eller kärnskjutmaskiner. De många fördelarna vad gäller ledtider, flexibilitet och komplexitet väger dock i många fall upp detta. Generellt anser företagen att 3DSP- tekniken genererar pengar till företaget genom att den sänker trösklarna för vad som är tekniskt möjligt att åstadkomma med gjutgods. Den adderar också kompetens och attraktivitet till kunderbjudandet. Därutöver har de intervjuade företagen angett flera olika skäl till att investera i 3DSP-tekniken:

• Möjlighet att skapa mer komplexa produkter med mervärde för kund • Koppling till faktisk beläggning, exempelvis en ny, stor kund

• Strategiskt beslut att utgöra skyltfönster för företaget • Billigare prototyper med avsättning inom bolagsgruppen

Att dessutom investera i en robot för att effektivisera tillverkningen av 3D-printade sandformar och kärnor kan inte marknadsföras till kund utan måste motiveras av interna produktionstekniska skäl.

• Förbättrad ergonomi, arbetsmiljö, säkerhet

• Kostnader kapas på sand, bindemedel och rengöringsmedel

• Tvingande om printer ska ingå i en redan automatiserad produktion • Färre nyanställda vid investering.

Vid investering av robot kan det vara realistiskt att räkna payback utifrån 12 manuella arbetstimmar per box. Det är samtidigt viktigt att inte tvingas ersätta operatör med extra programmerare eller beredare utan hanteringen av roboten och dess styrning måste infogas i arbetsbeskrivning och kompetensnivå för befintlig personal. Till exempel skulle såväl virtuell packning av komponenter i arbetsbox som programmering av robotens

arbetsbanor kunna förläggas i direkt anslutning till design och beredning av gjutformar och kärnor.

Kvalitet

Det finns många kvalitetsfördelar med 3DSP-kärnor i serieproduktion. Inga modeller eller verktyg som kan slitas ned eller skadas ger en geometrisk beständighet över tid, små designförbättringar kan ske kontinuerligt under en produkts livslängd, och smarta geometriska lösningar i kärndesign kan ge stora kvalitetsfördelar på det färdiga gjutgodset. När produktionsvägen för sandkärnorna förändras belyses å andra sidan frågan om vem i produktionskedjan som ansvarar för den slutliga kvaliteten på gjutgodset. Det finns idag inga rutiner eller standarder för sand och bindemedel vilket försvårar en opartisk utvärdering av kvalitetsutfallet då 3DSP-kärnor introduceras. Gemensamt för samtliga 3DSP-användare i projektet är att man ser att erfarenhet och höjd kompetens hos personal snabbt ger en stabil process. Detta behandlas i detalj i Sandbox-projektet [3] och exempel på sådana erfarenheter är att

• Komponentens placering i arbetsboxen kan påverka hållfasthet och måttsäkerhet • Komponentens placering relativt annat printat material kan påverka hållfasthet

och måttsäkerhet

• Olika bindemedel påverkar printerprocessen och förutsättningarna för efterbehandling

• Svensk standardsand är mer stabil i printerprocessen än tysk kvartssand

Som helhet står sig kvalitetsutfallet för 3DSP-kärnor bra jämfört med traditionellt tillverkade kärnor. Det finns en hög acceptans för den nya tekniken i efterföljande produktionssteg, och flera exempel på hur personal i avgjutning eller rensning kommer med förslag på ytterligare förbättringar som kan åstadkommas med 3DSP-tekniken. Erfarenheterna i projektet av robothantering vid dammsugning visar att kvalitetsutfallet inte påverkas, då säkerhetsmarginalerna för dammsugarverktyget kan göras stora. Vid plockning med robot är det viktigt att plockverktyg och plockmetod utformas med omsorg så att förutsättningarna blir så goda som möjligt. Samma gäller för senare moment som blackning och uppläggning.

Rengöringen av kärnor och formar kräver en god kvalitetskontroll. Med robothantering tappar man den avsyning som görs i under arbetets gång samband med manuell hantering. Här krävs fortsatt utveckling av effektiva verktyg och metoder, exempelvis smarta visionsystem, om momentet ska kunna automatiseras.