Hur 3D-printing förändrar hur vi löser problem

Att förstå problemet och komma på idéer

När man skapar lösningar för den smarta fabriken börjar alltid processen med att analysera problemet. Detta innebär mycket försökande, testande, observerande och mätande. Att arbeta under ett stramt schema kan göra detta svårt. Speciellt med elektriker, programmerare och projektledare som gör det svårt att få det utrymme som behövs för en ordentlig utredning.

Därför är fabrikens digitala tvilling så viktig. I den digitala kopian kan du hitta alla delar av fabriken och mäta och testa hur mycket du vill utan att störa någon annan. Du kan ta din tid och ditt arbete till en bekväm plats borta från ljudet av skruvdragare och 3D-printers. Ett exempel på detta från vår fabrik är skapandet av pedal-hållaren. En lösning till att få pedalen ur vägen utan att behöva dra ur sladden under transport behövdes. När detta problem löstes togs alla mått från CAD-modellen av pedalen. Hållaren testades sedan med den digitala tvillingen för att se till att pedalen fick plats. Hållaren placerades även i fabrikens digitala tvilling för att se till att den inte var i vägen och så att den var lättillgänglig.

Koncept och prototyper

Den andra delen av processen är att utveckla idéer till koncept och att göra prototyper. Under detta stadiet testat olika lösningar och idéerna finjusteras till perfektion. Detta är då 3D-printrarna sätts i bruk. I projektet Smarta Fabriker har vi använt dem för flera olika typer av testning, från att skapa små test-varianter av idéer för att se till att de får den perfekta interferenspassningen.

Även greppet för roboten på skruvmejseln var en knepig del att göra. Inuti den finns två kullager för att minska friktionen inuti greppet. Delarna av greppet skulle vara lätta att byta ut ifall de skulle gå sönder, därför måste hålet för lagren vara tillräckligt litet för att inte tillåta lagren att röra sig när greppet användes, men tillräckligt stort för att göra det möjligt att ta lagren in och ut ur greppet. För att lösa problemet testades olika diametrar med hjälp av små testringar, och när den perfekta diametern hittats kunde greppet skrivas ut, med vetskap om att det skulle fungera. Om plasten inte var benägen att krympa skulle detta vara en lätt uppgift, men nu var vi tvungna att testa och prova oss fram till den perfekta passformen.

Den färdiga produkten

Men även med korrekt testning och mätning fungerar det inte alltid på första försöket. Under utvecklingen av den nya fabriken ställdes vi inför många olika problem.

Ett exempel är hållarna för skruvmejslarna. Dessa var inte bara dockor för skruvmejslarna, de måste också vara starka nog att hålla skruvmejslarna på plats under transporten. När vi var klara med designen började vi testa hållarens styrka.

Vi fick också problem med att robotens fingrar alltid gick sönder när de användes. Vi kunde inte ändra designen på fingrarna, så vi fick hitta en annan lösning. Efter ett tag kom vi på att delarna blev svaga på grund av riktningen de printades i i 3D-printern. Eftersom 3D-printern bygger detaljerna i horisontella lager gör det att den riktningen väldigt stark. Mellan lagren är dock fästet väldigt svagt, vilket leder till att detaljen blir svag i vertikal riktning. När vi printade fingrarna på sidan istället och höjde deras infill till 80% så gick fingrarna inte sönder igen.

Medan vi designade lådorna för fjädrar och bultar fick vi ännu ett problem. Bottenplattan verkade alltid bli lite förskjuten från resten av lådan. Efter ett samtal med ZYYX fick vi reda på att detta orsakades av vårt slicer-program som vi behöver för att printa detaljerna. När vinkeln mellan bottenplattan och lådan är för liten leder det till att printerns extruder fastnar och missbedömer vart den är vilket kan leda till att lådan förskjuts på bottenplattan.

Författare: Anna Andersson, Göteborgsregionens Tekniska Gymnasium (2019)

Översatt från engelska till svenska utav Maja Eriksson, GTC (2021)