I et MADE Klyngeprojekt gik tre tandhjulsproducenter sammen for at finde den gyldne løsning til at reparere slidte tandhjul med 3D-print. Et tandhjul skal være blødt indeni og hårdt udenpå, og det har vist sig at være meget svært at opnå med 3D-print – men reparationen er ikke umulig.
De trækker i hinanden og får en bevægelse i gang.
Tandhjul. Hvis de skal bevæge noget stort og tungt – for eksempel en færge, et stort industribånd eller et tog – kræver det nogle store tandhjul, som er bløde og seje indeni, så de kan stå imod et stort pres, og hårde og hærdede udenpå, for at modstå slidtage og udmatning af materialet.
Sådanne tandhjul producerer Randers Gears, Villiam Petersen Tandhjulsfabriken Horsens og Grenaa Motorfabrik. I et MADE Klyngeprojekt gik de sammen for at finde ud af, hvordan tandhjul kan repareres med 3D-print-teknologien laser cladding (læs mere i boksen længere nede).
”Vi ville gerne vide, om vi kan bruge 3D-printteknologi til reparation, fordi det vil betyde, at vi ville skulle omlægge vores forretningsmodel. Så det er meget vigtigt for os at følge med på området,” siger administrerende direktør i Randers Gears Lau Akstrup Jensen.
Spar 80 procent af tidsforbruget
”3D-print til reparation er kommet for at blive, så det er kun et spørgsmål om, hvornår det er modent,” siger Lau Akstrup Jensen, om årsagen til, hvorfor producenten skal holde mere end bare et vågent øje med mulighederne.
Det bliver bekræftet af afdelingschef, 3D-print og AM-Technology, hos FORCE Technology Peter Tommy Nielsen, som var ansvarlig for klyngeprojektet.
”Jeg ved, at man kan gøre det, for vi har gjort det på mange andre komponenter,” siger han om reparation med 3D-print og tilføjer et men:
”Jeg vidste godt, at det ville blive svært, fordi vi arbejder med hærdbare materialer, men tiden siger, at det er relevant, og man skal jo starte et sted.”
Klyngeprojekt: Industriens Genbrugsguld
’Industriens Genbrugsguld’ er et MADE Klyngeprojekt med FORCE Technology som videnspartner.
Projektet løb fra maj 2021 – april 2022.
Deltagende virksomheder: Randers Gears, Villiam Petersen Tandhjulsfabriken Horsens og Grenaa Motorfabrik.
De tidl. Klyngeprojekter er nu en del af MADE Samarbejdsprojekter.
Lasercladding
Laser cladding er en hurtigere og grovere form for 3D-print egnet til store emner. Her smelter en kraftig laserstråle et fint metalpulver og opbygger på den vis en form lag for lag. Teknologien byder på en høj produktionsrate med kapacitet op mod 10 kg/time.
Formålet med laser cladding kan være at:
For det første er der i dag et behov for mere genanvendelse for at modarbejde overforbrug af jordens ressourcer. Dertil kommer, at epidemier som corona kan gøre det svært at få fat i nye materialer.
Og der er behov for mere nyt materiale, hvis man fortsætter som i dag, hvor et beskadiget tandhjul, normalt bare udskiftes med et nyt.
Jeg tror, at man kan spare 70-80 procent af tidsforbruget
Lau Akstrup Jensen, Direktør i Randers Gears
”Der er en del processer og ventetid, ved de her store hærdede tandhjul. Jeg tror, at man kan spare 70-80 procent af tidsforbruget, hvis man kan reparere med 3D-print i stedet for at producere et nyt tandhjul,” siger Lau Akstrup Jensen.
Hærdbare materialer og 3D-print
Med hjælp fra eksperter hos FORCE Technology kastede tandhjulsgruppen sig ud i en række test, for at høste de mulige gevinster i reparation, men kravet om et hårdt ydre og blødt indre drillede.
”Vi forsøgte at reparere med det samme materiale, som det oprindelige tandhjul var lavet af. Ideen var god, fordi det betyder mindre gnidninger ift. godkendelser og en større tillid til reparationen hos aftagervirksomhederne,” fortæller Peter Tommy Nielsen og fortsætter:
”Men et tandhjul skal være hårdt udenpå og blødt indeni, så det ikke knækker, og det er et problem, når det oprindelige materiale er en ståltype, som hærder meget hurtigt.”
Under en 3D-print proces, hvor der lægges lag på lag, vil der ske en lille hærdning mellem hvert lag. Resultatet er et sprødt materiale, som risikerer at knække. Derfor skiftede gruppen til ståltypen SP 626, som hærder langsommere end det oprindelige materiale – og der var noget at hente.
”Vi har et proof of concept, men der er stadig en del ubekendte,” fortæller Peter Tommy Nielsen.
En snor der var et garnnøgle
Testene viste, at det var muligt at lave reparationer som en afslået flig af en tand, men at det ikke var muligt at opbygge større dele som f.eks. en hel tand i tandhjulet.
”Det skyldes, at vi arbejder med et materiale, der stadig hærder undervejs, hvilket gør en større komponent for sprød, og at der ved en knækket tand kan være en dyb revne ned i tandhjulet, som man også skal tage højde for,” uddyber Peter Tommy Nielsen og tilføjer:
”Vi har hevet i tråden og fundet ud af, at det er et helt garnnøgle og ikke bare en kort tråd”
Oveni risikoen for revner i tandhjulet, er der er opstået en række andre spørgsmål: Skal man reparere en tand, så den ligner sine naboer, eller så den ligner en ny tand? Og hvis den ligner en ny tand, skal slidte nabotænder så også have en omgang, fordi tandhjulet ellers risikerer at blive ujævnt? Bør man også reparere nabotanden? Og hvornår kan det økonomisk svare sig at reparere, og hvornår er det bedre at udskifte?
Lagt i ovnen til nye samarbejder
Trods de ubekendte er Peter Tommy Nielsen positiv:
”Jeg er sikker på, at det er muligt at finde en færdigtestet løsning på overfladisk reparation indenfor en overskuelig fremtid,” siger han og tilføjer:
”Det har været lærerigt og super interessant at arbejde med hærdbare materialer. Jeg har netop bragt det op på en international konference, og da jeg spurgte ind til erfaringer med brug af det i en additiv proces, var der komplet radiotavshed.”
Randers Gears vil også gerne fortsætte arbejdet og ikke mindst samarbejdet med de andre tandhjulsfabrikker.
”Vi er i samme båd og har samme interesser, så det var fedt at arbejde sammen med de andre – så får man meget mere viden på bordet. Vi vil blive ved med at tale videre om det med de andre. Det er vigtigt at danske industrivirksomheder følger med og bliver dygtigere sammen, så vi ikke bliver kørt over,” siger Lau Akstrup Jensen.
Derfor er FORCE Technology og tandhjulsfabrikkerne også ved at tale om mulighederne for at arbejde videre med at reparere tandhjul med laser cladding i MADE regi.
”Det er en teknologi, vi helt sikkert vil arbejde videre med, men i dag kræver den stadig dokumentation og test, før den er moden,” afslutter Lau Akstrup Jensen.
