Brose, Otomotiv Üretimini Güçlendirmek İçin SLA ve SLS Teknolojilerini Kullanıyor
Bugün montaj hattından çıkan her üç yeni araçtan en az birinde, dünyanın en büyük beş aile şirketi otomotiv tedarikçisinden biri olan Brose tarafından üretilmiş en az bir bileşen bulunmaktadır. 100 yılı aşkın bir süre önce Max Brose tarafından Berlin'de kurulan şirket, bir otomobil aksesuarları ticaret işletmesinden mekatronik sistemlerde pazar liderliğine evrilmiştir. Çoğunlukla koltuk, bagaj kapağı ve kapı modüllerinden oluşan ürünleri; otomobil dünyasının dev isimleri olan BMW, Volvo, Ford, Mercedes, Jeep ve daha fazlası için tasarlanıp üretilmektedir.
Brose'un istikrarlı büyümesi ve bu OEM'lerle (Orijinal Ekipman Üreticileri) kurduğu uzun vadeli başarılı ortaklıklar, şirketin sürekli inovasyon ve iyileştirme konusundaki kararlılığına dayanmaktadır. 3D baskı, Brose’un hem tasarım hem de nihai kullanım (end-use) üretim süreçlerindeki birçok girişimin merkezinde yer alarak, şirketin hızlı tempolu otomotiv endüstrisindeki tüm değişimlere uyum sağlamasına ve yanıt vermesine yardımcı olmuştur.
Güçlü stereolitografi (SLA) ve seçici lazer sinterleme (SLS) 3D yazıcılarının nasıl hayata geçirildiğini görmek için Brose Kuzey Amerika'nın Michigan, Auburn Hills'teki genel merkezinin yanı sıra, en büyük nihai kullanım üretim tesislerinden biri olan Michigan, New Boston'daki Brose tesislerini ziyaret ettik. Bölgedeki Eklemeli İmalat Teknolojileri süreçlerine de liderlik eden Koltuk Bölümü Prototipleme Müdürü Matthias Schulz, Brose'un tasarım aşamasından üretime ve OEM'ler için dar zaman çizelgelerinde üretilen nihai kullanım parçalarına kadar tüm süreçte 3D baskıyı nasıl kullandığını bizlere anlattı.
Schulz süreci şöyle özetliyor: 'Otomotiv endüstrisinde, özellikle son beş yılda çok hızlı değişimler gözlemledik. Yeni ürünlerin geliştirme süreleri ciddi oranda kısalıyor. Bu durum bizim de buna göre hareket etmemizi gerektiriyor; Eklemeli İmalat teknolojilerini her geçen gün daha fazla devreye sokmalıyız. Bu bizim de çıkarımıza olan bir durum; çünkü bu teknoloji hem kalıplama (tooling) gibi süreçlerin teslim sürelerini kısaltıyor hem de daha sonra üretim aşamasında parçaları çok daha hızlı teslim etmemize yardımcı oluyor.'
Matthias Schulz, Koltuk Prototipleme Müdürü, Brose Kuzey Amerika
Prototipleme "Tekli Parçaların" Ötesine Geçtiğinde
Bir uygulama alanı olarak prototipleme, 3D baskı için mükemmel ve oldukça tanıdık bir tercihtir. Brose, prototipler için FDM, SLA ve SLS teknolojilerinden oluşan bir dizi 3D yazıcı kullansa da, üretim hacimleri bir "kavram kanıtlama" (proof of concept) parçasından beklenen miktarların çok üzerindedir. Brose için tipik bir prototip hacmi 500 ile 1000 adet arasındadır.
Schulz bu durumu şöyle açıklıyor: "3D baskıyı çok daha büyük bir ölçekte kullanıyoruz. Bizim için 'prototipleme', yapmamız gereken test sayısı nedeniyle yüzlerce parça basmak anlamına geliyor. Sadece dahili ve harici standartları değil, aynı zamanda resmi (federal) gereklilikleri de karşılamak zorundayız. Bu standartlar doğal olarak belirli miktarda parça üzerinde test yapmamızı zorunlu kılıyor; bu da genellikle tek bir prototip çalışması için 700-800 adet parça basmamıza yol açıyor.
Yurt Dışı Sipariş Miktarları İçin En İyi Seçenek:
SLA Kauçuk Koltuk Boyu Ayarlama Sönümleyicisi
Bu prototipler, metal koltuk mekanizmasının koltuk iskeletine çarpmasından kaynaklanan sesi ve sarsıntıyı azaltmak için üretilmiş küçük sönümleyicilerdir. Bu parçaları yurt dışından sipariş etmek birkaç milyon adetlik bir 'minimum sipariş miktarı' (MOQ) gerektiriyordu; bu nedenle Schulz ve ekibi, test süreçleri için bu parçaları Form Serisi yazıcılarda bastı.
Bir proje kapsamında prototip ekibinin, koltuk düzeneğine monte edilecek yumuşak silikon bir sönümleyici kullanması gerekiyordu. Koltuk iskeleti üzerinde ileri doğru hareket ederken bu parça sesi sönümlüyor; koltuk mekanizmasının hareketindeki haptik (dokunsal) ve akustik (işitsel) geri bildirimi iyileştiriyor. Bu parçaları yurt dışındaki bir seri üretim tedarikçisinden sipariş etmek için gereken minimum miktar milyonları buluyordu; oysa Brose’un bir ön tasarım testi için sadece birkaç yüz adede ihtiyacı vardı.
Milyonlarca parça sipariş etmenin ve bunları yurt dışından getirmenin yüksek maliyetinin yanı sıra, teslimat süresi de birkaç haftayı buluyordu. Ayrıca ihtiyaç duyulmayan milyonlarca parça, hem depolama alanı gerektirecek hem de nihayetinde atık oluşturacaktı. Parçayı sipariş etmek yerine, mevcut CAD verisi kullanılarak Form 4 üzerinde birkaç yüz adet parça hızlıca üretildi. Parçalar sadece bir hafta içinde hazır hale geldi; bu çözüm projenin genel maliyetlerini ve teslimat sürelerini önemli ölçüde azalttı.
"Bu parçaları Form 4’te; hem uçakla buraya getirtmekten hem de bizi milyonlarca adet ürün almaya zorlayan minimum sipariş miktarı (MOQ) stoğu oluşturmaktan çok daha düşük bir maliyetle basmayı başardık. İhtiyacımız olan parçalara anında ulaştık ve hiçbir süreci beklemek zorunda kalmadık."
Matthias Schulz, Koltuk Prototipleme Müdürü, Brose Kuzey Amerika
Form 4 ve Diğer Reçine 3D Yazıcıların Bağımsız Testlerle Onaylanmış Güvenilirliği
Ürün testleri konusunda bağımsız bir küresel lider tarafından yapılan ölçümlerde, Formlabs Form 4'ün %98,7 baskı başarı oranına sahip olduğu tescillendi. Test metodolojisinin kapsamlı açıklamasını okumak ve sonuçları incelemek için teknik raporumuzu indirin.
Yüksek Hacimli Prototipler İçin SLA ve SLS’i Birleştirmek
Bileşenlerin karmaşıklığı, boyutu ve gereken üretim hacmi arttığında Brose; prototipleme ve üretim süreçleri için üç adet Fuse Serisi SLS 3D yazıcıdan oluşan filosuna yöneliyor. SLS 3D baskı teknolojisi, kendinden destekli baskı yatağı sayesinde baskı hacminin tamamen doldurulmasına olanak tanırken; sinterlenmiş naylonun gücü ve mekanik özellikleri, bu teknolojiyi nihai kullanım bileşenleri için ideal kılıyor. Yakın tarihli bir proje için Brose’un Eklemeli İmalat Teknolojisi ekibi, bir koltuk süspansiyon matının prototipini oluşturmak için hem SLA hem de SLS teknolojisini bir arada kullandı.
Yarı saydam ve esnek parçaları Form Serisi SLA yazıcılarda Durable Resin ile bastılar; matın bağlantı borularını ise Fuse Serisi yazıcılarda Nylon 12 GF Powder (Cam Elyaf Takviyeli Naylon) kullanarak ürettiler. Her bir mat prototipi için altı SLS ve üç SLA parçası kullanıldı; ekip, tam koltuk düzeneğinin bir parçası olarak test edilmek üzere toplamda 150 adet tam matın montajını gerçekleştirdi.
Kurum içi hızlı prototipleme araçları sayesinde Brose, koltuk düzeneği ürünlerinin hayati bir bileşenini; herhangi bir kalıplama (tooling) veya dış kaynak (outsourcing) kullanmadan tasarlamayı, test etmeyi ve revize etmeyi başardı. Schulz, "Bazen bu koltuk süspansiyon matında olduğu gibi, çözüm hem SLA hem de SLS’in kombinasyonunda yatıyor. 'Overmold' (üstten kalıplama) kalıbı çok karmaşık ve pahalıdır; bu yüzden parçaları, SLS parçalar telin üzerine geçecek (snap-over) şekilde tasarladık. SLA parçalarını ise telin üzerine henüz 'ham halde' (green state-kürlenmemiş) monte edip, kürleme işlemini o şekilde yaparak sabitledik," diyor.
Bu koltuk süspansiyon matı, hem SLA (Durable Resin, yarı saydam malzeme) hem de SLS (Nylon 12 GF Powder, koyu gri malzeme) parçalardan oluşmaktadır. Test süreçleri için 900 adet SLS parçası ve 450 adet SLA parçası olmak üzere toplamda 150 tam montaj grubu üretilmiştir.
Prototipler ve nihai kullanım üretim versiyonları (yukarıdaki örnekte olduğu gibi), ürünün yıllar boyu kullanımını simüle eden yorulma testlerinden (fatigue testing) geçmektedir.
Üretim Yardımcı Aparatları ile Süreçlerin Akıcı Hale Getirilmesi
Katmanlı imalat Brose'da sadece bir prototipleme aracı olarak kullanılmıyor; şirket, 2022 yılında başlattığı "Plant Goes Additive" (Fabrika Eklemeli İmalate Geçiyor) girişimi kapsamında bu teknolojiyi tüm departmanlarına entegre ediyor. Otomotiv üretimi kesintisizdir ve yüksek düzeyde kontrol edilir; sürecin her aşaması verimliliğin yanı sıra güvenlik ve ürün mükemmelliği için yalın (lean) hale getirilmiş ve optimize edilmiştir.
Form 4L ile Aynı Gün Hazır Robotik Kaynak Fikstürleri
Form 4L; Fast Model Resin ile basılan bu kaynak montaj fikstürü gibi büyük boyutlu parçaların aynı gün içinde üretilmesini mümkün kılıyor.
Otomotiv tedarik zincirinin her aşamasında metal parçalar, toplam ürünün temel bileşenlerini oluşturur. Tahmin edilebileceği gibi kaynak işlemi de montaj sürecinin devasa bir parçasıdır. Brose’un Eklemeli İmalat Teknolojisi ekibinin SLA ve SLS yazıcı filosunu işlettiği Brose Kuzey Amerika'da, kaynak robotlarının sürekli olarak farklı ürün hatları arasında geçiş yapması gerekmektedir. Bir üretim tesisindeki kaynak makineleri genellikle tek bir ürün hattına programlı kalsa da, genel merkezde her farklı ürün hattının koltuk prototiplerini kaynatmaktan sorumlu iki adet robotik makine bulunmaktadır.
Robotun her yeni ürün hattına geçişinde, kaynak departmanının parametreleri yeniden programlaması gerekir. Bir kaynak robotunu prototip metal raylar kullanarak programlamak oldukça maliyetlidir; üstelik kaynak istasyonu ekipmana 'öğretme' (teaching) yapmaya hazır olduğunda, bu metal raylar genellikle henüz temin edilmemiş olur. 3D baskı, bu kurulum (setup) parçaları için gereken hız ve boyutsal doğruluğu sağlayarak hızlı ve az maliyetli bir çözüm sunar.
Bu koltuk parçası; Form 4L’de Fast Model Resin ile basıldı, yıkandı, kürlendi ve üç saatten kısa bir süre içinde robotik kaynak makinesine monte edildi. Bu sayede ekip, robot hareketlerini hızlı bir şekilde programa aktarabiliyor (teaching).
Bunun gibi montaj fikstürleri, kaynak ekibinin ürün hatları arasında hızlı ve verimli bir şekilde geçiş yapmasına yardımcı olur. Son derece hassas ve uygun maliyetli olan bu parçalar; değişiklik yapılması veya yenilenmesi gerektiğinde sonsuz kez yeniden üretilebilir özelliktedir.
Brose ekibi, yeni gelen Form 4L geniş formatlı reçine 3D yazıcılarının kutusunu bir Salı sabahı açtı. Kurulum sadece 30 dakika sürdü ve ekip vakit kaybetmeden Fast Model Resin kullanarak büyük kaynak kurulum parçalarını basmaya başladı. Dört bölüme ayrılan bu parçalar, baskı hacminin neredeyse tamamını dolduruyordu. Bu devasa boyutuna rağmen, Form 4L baskıyı iki saatin altında tamamladı; hızlı bir yıkama ve son kürleme işleminin ardından, fikstür sadece 45 dakika sonra kaynak robotuna monte edilmiş durumdaydı.
"Yeni Formlabs 4L, büyük parçaları son derece hızlı basmamıza olanak tanıyor. Örneğin, kaynak hücremiz için kurulum parçalarını bir gece beklemek yerine sadece birkaç saat içinde basabiliyoruz. Bu da Brose kaynak uzmanlarının, metal damgalama (stamping) bileşenleri henüz tesisimize ulaşmadan robotu programlamasına imkan veriyor. Yeni Fast Model Resin ile ihtiyacımız olan detayı ve rijitliği her zamankinden çok daha kısa sürede elde ediyoruz."
Matthias Schulz, Koltuk Prototipleme Müdürü, Brose Kuzey Amerika
Brose New Boston'da, yukarıda gösterilen binlerce koltuk rayı, koltuk grubunun tabanını oluşturmak üzere birbirine kaynatılır. Kaynak parametrelerinin test edilmesi, üretim sürecinin ayrılmaz bir parçasıdır.
Brose Kuzey Amerika genel merkezinde prototipler ve 3D baskılı kurulum parçalarıyla belirlenen kaynak parametreleri, daha sonra kaynaklı koltuk iskeletlerinin seri üretiminde kullanılacaktır. Yukarıda görülen koltuk rayları, Brose New Boston'da büyük robotik kaynak makineleriyle monte edilmektedir.
Hat Sonu (EOL) Konnektörleri, Brose New Boston'da
İşletme Maliyetlerini Düşürüyor
Detroit şehir merkezinin yaklaşık otuz dakika batısında yer alan Brose New Boston tesisinde ekip; montaj sürecini optimize eden özelleştirilmiş üretim yardımcı aparatları tasarlamak için 3D baskı teknolojisinden yararlanıyor. 3D baskılı parçalar üretime dahil edilmeden önce oldukça zorlu test süreçlerinden geçirilse de, onay aldıkları andan itibaren atık miktarını azaltmaya, üretim takvimlerini iyileştirmeye ve makinelerin istikrarlı bir şekilde çalışmasına olanak sağlıyorlar.
Bu hat sonu (EOL) konnektör parçası, koltuk montaj sürecinin final aşamasında kullanılmaya başlandı. Teknisyen, koltuk iskeletini güç kaynağına bağlayıp son kontrolleri yaptıktan sonra, bir sonraki aşamaya geçmek için konnektörü çıkarıyor. Ancak geçmişte, teknisyenler bu bağlantıyı ayırmayı unutabiliyor ve koltuğu çektiklerinde kablo kopuyordu. Bu durum, hatta yüzlerce dolarlık hasara ve üretimin durmasına yol açıyordu
Eklemeli İmalat ekibi, manyetik bir konnektör hattı tasarladı. Bu çözüm, eğer teknisyen kabloyu çıkarmayı unutursa herhangi bir hasar vermeden kendiliğinden ayrılıyor (snap-off). Schulz şöyle diyor: 'Aşınmayı azaltmak ve hızlı onarım yapmak için 3D baskılı aparatlar kullanıyoruz. Bu da daha az duruş süresi ve daha fazla üretim çıktısı demek.'
Otomotiv Son Kullanım Parçaları İçin Seri Ara Üretim
Brose, BMW X7 modelinin koltuk düzeneklerinde kullanılmak üzere bu klipslerden tam 250.000 adet üretecek.
Schulz'un belirttiği gibi, otomotiv endüstrisi özellikle son beş yılda çok hızlı bir değişim içinde. Elektrikli araçların (EV) yükselişi, özelleştirilmiş özelliklere yönelik artan talep ve tedarik zinciri endişeleri; OEM'leri (Orijinal Ekipman Üreticileri), üretim için güvenilir bir alternatif olarak katmanlı imalata daha fazla yatırım yapmaya teşvik etti.
Schulz durumu şöyle özetliyor: 'Katmanlı imalat teknolojisini talep eden müşterilerimizin sayısı her geçen gün artıyor. Bu teknoloji, nihai kullanıcı arayüzünde de önemli bir rol oynuyor; çünkü insanlar araçlarında daha fazla kişiselleştirme istiyorlar. Bu nedenle OEM'ler de bizden her geçen gün daha fazla katmanlı imalat çözümü talep ediyor.'
Nihai kullanım parçaları için 3D baskı, özellikle regülasyonların çok sıkı olduğu otomotiv endüstrisinde her zaman mümkün olmuyordu. Brose’un katmanlı imalat ekibi; ancak donanım ve malzeme kalitesinin yüksek performanslı parçaları güvenilir bir şekilde sunabildiğinden emin olduktan sonra nihai kullanım üretimine geçiş yaptı.
"Burada Formlabs ekosistemine dahil olmaya karar verdik. Bunu yapmamızın nedeni; hem malzeme çeşitliliğinin hem de baskı tutarlılığının, teknolojinin artık otomotiv endüstrisinde faydalı olabileceği düzeyde gelişmiş olmasıdır. Bizim için asıl mesele, özellikle OEM tarafında var olan güvenlik ve dayanıklılık endişeleridir. Biz bu endişeleri tamamen ortadan kaldırmaya çalışıyoruz. Formlabs ile yaptığımız iş birliği sayesinde, parçaları şu anki BMW X7 modelinde olduğu gibi başarıyla uygulayabileceğimizi kanıtlamış olduk."
Matthias Schulz, Koltuk Prototipleme Müdürü, Brose Kuzey Amerika
Teknik Özet: BMW X7 Koltuk Bileşenleri Seri Üretimi
Uygulama: BMW X7 Koltuk Mekanizması Parçaları
İş Akışı: 3D Tarama, Tasarım İterasyonları ve Fuse Serisi SLS 3D Yazıcılarda Nihai Kullanım (End-Use) Üretimi
Toplam Hacim: 250.000 Adet
Üretim Parametreleri
Donanım: Fuse 1 ve Fuse 1+ 30W
Malzeme: Nylon 12 GF Powder (Cam Elyaf Takviyeli Naylon)
Baskı Verimliliği: Baskı odası (build chamber) başına 1.440 parça
Aylık Kapasite: 16.000 parça
Neden 3D Baskı?
Kalıp temini için geçiş süresi sağlamak amacıyla boşluk (gap) üretimi.
Brose, geleneksel üretime uygun maliyetli ve hızlı bir alternatif olarak nihai kullanım üretimi için 3D baskıyı kullanmaktadır. Bir OEM, yeterince hızlı şekilde kalıplanamayan ve seri üretilemeyen bir parça veya mevcut bir parçada değişiklik talep ettiğinde, Brose'un katmanlı imalat birimi 3D baskının uygun olup olmadığını değerlendirir. Bu sürecin büyük bir kısmını tersine mühendislik ve mevcut bileşenlerin taranması oluşturur.
Uygulama: Bowden Mekanizması
İş Akışı: 3D tarama, iterasyon, ardından nihai kullanım üretimi için Fuse Serisi SLS 3D yazıcılarda 3D baskı.
Hacim: 20.000
Baskı Detayları:
Yazıcı: Fuse 1 ve Fuse 1+ 30W
Malzeme: Nylon 12 GF Powder
Üretim Kapasitesi: Baskı odası başına 144 parça, haftalık 1000 parça
Neden 3D Baskı?
Kalıp temini için geçiş süresi sağlamak amacıyla boşluk (gap) üretimi.
Brose, CAD üzerinde değişiklik yapabilmek ve güncellenmiş versiyonu aynı gün 3D basabilmek için mevcut bileşenleri veya önceki iterasyonları sıkça tarar.
Bu bileşen bir Bowden mekanizmasıdır (Bowden release) — bu parçalardan 20.000 adedi Brose'un Fuse Serisi SLS 3D yazıcı filosunda basılacak ve büyük, tanınmış bir OEM'in nihai koltuk montaj grubuna dahil edilecektir.
"Brose, Formlabs SLS teknolojisini bünyesine katmaya karar verdi çünkü SLS teknolojisi, SLA'da gördüğümüzden daha az ardıl işlem (post-processing) gereksinimi ile hızlı ve seri 3D baskı yapmamıza olanak tanıyor. Boşluk üretimi (gap printing) veya diğer OEM bağlantılı nihai kullanım müşteri parçalarını desteklememiz için gerekli olan yüksek hacimli adetleri basabiliyoruz," diyor Schulz.
Prototipler, üretim yardımcıları ve yüz binlerce nihai kullanım bileşeni üretmek için durmaksızın çalışan üç Fuse Serisi SLS 3D yazıcı ile güvenilirlik ve tutarlılık kilit önemdedir. Ekip, boyutsal doğruluğu ve üretim hacimlerinde bile enjeksiyon kalıplı naylona yakın benzerliği nedeniyle Nylon 12 GF Powder kullanmaktadır. Her tam baskıdan sonra, Fuse 1 veya Fuse 1+ 30W üzerinde yapılan hızlı bir bakım kontrolü sadece yaklaşık on beş dakika sürer ve kesintisiz, verimli üretimi garanti eder.
"Formlabs, bakımı kolay bir yazıcının nasıl üretileceğini anlıyor. Ekipman çok güvenilir ve neredeyse hiç hatalı baskı görmüyoruz, bu nedenle daha yüksek hacimli parçaları basmayı taahhüt edebiliyor ve üretime geçme konusunda güven duyabiliyoruz," diyor Schulz.
0'dan 60'a: 3D Yazıcılar Otomotivde Hız Kazanıyor
Brose’un sürekli iyileştirme taahhüdü, süreçlerini akıcı hale getirmek ve her bir müşterisi için yenilikçi çözümler sunmak amacıyla katmanlı imalat ve otomasyon gibi yeni teknolojilere yatırım yapmalarını sağlamıştır. 3D baskı şirkette giderek daha büyük bir rol oynamaya başladıkça, Schulz gibi öncüler, teknolojinin hızlı geri dönüş sürelerinden ve (çoğunlukla) düşük maliyetlerinden yararlanmanın yeni yollarını bulmaya kararlıdır.
Form 4, Form 4L ve Fuse Serisi gibi hızlı, güçlü araçlarla; prototipler, üretim yardımcıları ve nihai kullanım bileşenleri haftalar veya aylar yerine saatler veya günler içinde tamamlanabilmektedir."Formlabs birlikte çalışmak için doğru ortak. Daha yüksek hacimlerde ve daha az mühendislik desteğiyle parça üretebilecek anahtar teslim bir çözüme ihtiyacımız vardı. Formlabs'in yazılımı, desteği ve yazıcıları doğru tercih."
