John Deere se volta para a impressão 3D de peças de motor mais eficientes

O novo trator da série 6R da John Deere apresenta uma válvula de combustível impressa em 3D.

Os novos tratores John Deere saindo da linha de produção em Mannheim, na Alemanha, têm uma novidade para a empresa: uma peça metálica de motor impressa em 3D.

O fabricante global de equipamentos agrícolas e de grama não é estranho à impressão 3D, tendo-a usado por mais de 20 anos para fazer milhares de protótipos, ferramentas, gabaritos e acessórios em suas fábricas globais. Mas a válvula de aço inoxidável impressa em 3D no sistema de combustível do trator é uma nova direção e parte do que a empresa chama de Estratégia Industrial Inteligente.

Lançada em 2020, a John Deere anunciou sua visão de integrar rapidamente novas tecnologias em três áreas de foco: sistemas de produção, sua pilha de tecnologia e soluções de ciclo de vida.

A impressão 3D faz parte desta visão, e esta válvula é um dos seus primeiros frutos. É mais eficiente do que se fosse fabricado tradicionalmente. É cerca de 50% mais barato e significativamente menor, usando menos material. Mas isso é apenas uma pequena amostra do motivo pelo qual a John Deere escolheu imprimir esta peça em 3D.

A John Deere imprimiu em 3D milhares de válvulas de desvio térmico para seus novos tratores das séries 6R e 6M ... [+].

A primeira de muitas peças impressas em 3D

A nova válvula de desvio térmico nas versões mais recentes dos tratores John Deere 6R e 6M não é apenas uma aplicação inovadora da tecnologia de impressão 3D de metal cada vez mais acessível, é o culminar de cerca de dois anos de P&D.

Tudo começou com um desafio para garantir que os tratores John Deere funcionassem em ambientes frios. Os engenheiros foram encarregados de desenvolver uma válvula que pudesse manter a temperatura do combustível sem afetar o desempenho do motor.

"Primeiro, você começa com o que deseja que a peça faça", diz Udo Scheff, diretor de engenharia dos tratores de pequeno e médio porte da John Deere, "e trabalha para otimizar a dinâmica de fluidos computacional e simulá-la no mundo virtual, então você transfere essa em projetos digitais para um modelo de protótipo."

O modelo protótipo idealizado, aquele que deixava o combustível fluir com maior eficiência, tinha canais internos arredondados e lisos. Um recurso, diz Scheff, só é possível criar com impressão 3D.

"Na dinâmica de fluidos, quando você tem dois furos que se cruzam, você sempre tem cantos vivos se usar ferramentas de usinagem. Com a impressão 3D, você pode ter cantos arredondados, que é o elemento que nos trouxe mais um passo na otimização do válvula."

Para testar se a peça funcionaria conforme o esperado, os engenheiros da John Deere trabalharam com a equipe de manufatura aditiva da alemã GKN Additive (Forecast 3D), fabricante digital de peças e materiais metálicos, para otimizar ainda mais o projeto da válvula de combustível para impressão 3D de metal . A GKN imprimiu protótipos de válvulas em aço na nova impressora 3D de metal da HP HPQ , a Metal Jet S100 Solution. Esta impressora usa uma das tecnologias de impressão 3D de metal – existem várias – chamada de jateamento de ligante, onde um pó de metal é unido a um agente ligante camada sobre camada para formar uma peça que é então sinterizada em um forno industrial. Em seguida, a peça é usinada e montada.

Engenheiros de projeto na fábrica da John Deere em Mannheim, Alemanha.

A válvula de desvio térmico passou por testes rigorosos para garantir a qualidade do tubo exigida, que é igual ao metal usinado ou fundido. O teste de campo da peça também foi um sucesso.

"Portanto, este é o ponto em que tivemos que decidir como iríamos fabricar esta peça para atender às propriedades do material e outros requisitos", diz Scheff, que também teve que considerar seu prazo apertado para esta peça, quanto custaria ferramentas, e como a peça se encaixaria no fluxo de trabalho da montagem.

"E foi aí que decidimos, ok, se esta peça impressa em 3D funcionar em testes e a manufatura aditiva for econômica, ela também funcionará na produção", diz Scheff.

A criação de protótipos no mesmo material e método que serão usados ​​para a peça de produção final dá aos engenheiros maiores garantias de desempenho. "Escolhemos o processo de jato de metal da HP porque é muito mais rápido do que outros processos de impressão 3D de metal", acrescenta Jochen Müller, gerente global de engenharia digital da John Deere. "Estamos descobrindo oportunidades para fornecer equipamentos mais eficientes, confiáveis ​​e sustentáveis, e a HP nos forneceu a solução perfeita para isso."