Der Hersteller von Landwirtschafts- und Baumaschinen John Deere stellt seine neuesten Traktorenmodelle der 6R- und der 6M-Serien mit einem 3D-gedruckten Edelstahlventil aus. Das Ventil wird mit dem Metal Jet S100 3D-Druck-System von HP Inc. angefertigt. Die Produktion der 3D-Druck-Teile erfolgt mithilfe von GKN Additive.

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Seit mehr als 20 Jahren setzt der Hersteller von Land- und Baumaschinen John Deere 3D-Druck für Tausende von Prototypen, Werkzeugen, Vorrichtungen und mehr ein. Dafür nutzt das Unternehmen seit einiger Zeit auch die Metal Jet-3D-Drucktechnologie von HP Inc. Bei der 6R- und 6M-Serien der John Deere-Traktoren werden laut einem Artikel im Forbes-Magazin ein 3D-gedrucktes Edelstahlventil im Kraftstoffsystem des Traktors verwendet.

3D-gedrucktes Edelstahlventil

Traktor der 6R-Serie
Die neuen Traktoren der 6R-Serie (im Bild) sind mit einem Thermo-Umschaltventil aus dem 3D-Drucker ausgestattet (Bild © John Deere).

Das 3D-gedruckte Ventil ist effizienter als eine traditionell angefertigte Variante und um 50 % billiger, deutlich kleiner und verbraucht weniger Material. Das Thermo-Umleitventil in den neuesten Versionen der John Deere 6R- und 6M-Traktoren ist das Ergebnis von zwei Jahren Forschung und Entwicklung. Ziel war es, sicherzustellen, dass John Deere-Traktoren auch in kalten Umgebungen funktionieren. Das geplante Ventil soll die Kraftstofftemperatur aufrechterhalten können, ohne die Motorleistung zu beeinträchtigen.

Udo Scheff, technischer Leiter für kleine und mittelgroße Traktoren von John Deere, erklärte, dass sie zuerst die numerische Strömungsmechanik optimierten, nachdem sie festgelegt hatten, was das Teil tun soll. Sie simulierten die Mechanik in der virtuellen Welt und übertrugen dies in digitale Entwürfe für ein Prototypmodell. Das Teil, wo der Kraftstoff am effizientesten fließen sollte, hatte abgerundete, glatte Innenkanäle und war laut Scheff nur mit 3D-Druck realisierbar.

„In der Fluiddynamik hat man bei zwei sich schneidenden Bohrungen immer scharfe Ecken, wenn man Bearbeitungswerkzeuge verwendet. Mit dem 3D-Druck können Sie runde Ecken haben, was uns bei der Optimierung des Ventils einen weiteren Schritt nach vorne gebracht hat.“

3D-Druck mit HP Metal Jet S100

Gemeinsam mit den Mitarbeitern der additiven Fertigung des deutschen Unternehmens GKN Additive (Forecast 3D), einem digitalen Hersteller von Metallteilen und -Materialien, optimierten sie das Design des Ventils. GKN druckte Prototypventile aus Stahl auf dem Metal Jet S100 Metall-3D-Drucker von HP. Sie unterzogen das thermische Umschaltventil strengen Tests, um die erforderliche Rohrqualität zu gewährleisten.

Scheff erklärte, dass nach dem erfolgreichen Feldtest der Punkt kam, an dem sie entscheiden mussten, wie sie das Teil herstellen, um die Materialeigenschaften und andere Anforderungen zu erfüllen. Sie stellten das endgültige Produktionsteil aus demselben Material wie den Prototypen und mit derselben Methode her. So hatten sie eine größere Leistungssicherheit. Mehr als 4.000 Ventile von GKN werden zur Endmontage an das Traktorenwerk von John Deere geliefert. Der Preis pro Teil ist dabei geringer als beim Schmieden oder Fräsen.

3D-gedruckte Ventile
Die 3D-gedruckten Thermo-Umschaltventile (im Bild) entstanden mit dem Metal-Jet-S100-3D-Druck-System von HP Inc. (Bild © John Deere).

Optimierte Lagerhaltung

Ein weiterer Vorteil des 3D-Drucks ist außerdem die zusätzliche Agilität im Herstellungsprozess. Für den 3D-Druck werden keine Formen oder Werkzeuge benötigt und Teileprototypen waren schneller und kostengünstiger zu erstellen, was den Designprozess beschleunigte. Das Design kann jederzeit angepasst und optimiert werden. Es bedarf keiner ständigen Lagerhaltung für die Ersatzteile.

Die digitale Datei kann an jeden Dritthersteller mit HP Metal Jet-Technologie gesendet und relativ lokal und schnell produziert werden. Neben der Verbesserung von bedarfsgerechter Lagerung von Ersatzteilen will John Deere verschlissene oder defekte Teile analysieren und kundenspezifische Teile mit 3D-Druckern herstellen, die für individuelle Anwendungsfälle verstärkt werden.

3D-gedrucktes Ventil
Für den 3D-Druck arbeitete John Deere mit GKN Additive (Forecast 3D) zusammen (Bild © John Deere).

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