Reto:
El fabricante estadounidense de piezas de precisión Knust-Godwin quería educar a sus clientes sobre el potencial que tiene la fabricación sustractiva y aditiva para transformar las operaciones.
Solución:
Knust-Godwin utiliza la plataforma 3DEXPERIENCE de Dassault Systèmes, incluyendo sus aplicaciones ENOVIA y SIMULIA, para ayudar a sus clientes a mejorar la fabricación de productos y maximizar los beneficios de la fabricación aditiva.
Beneficios:
Knust-Godwin ha reducido el desarrollo de productos y los plazos de entrega de dos años a ocho meses (un 67 %), mientras que los procesos posteriores al mecanizado disminuyeron de 12 pasos a tan solo dos.
"Trabajar con los diseños de nuestros clientes haciendo uso de 3DEXPERIENCE nos permite mostrarles los resultados que están buscando antes de imprimir un producto". - Mike Corliss, vicepresidente de tecnología de Knust-Godwin.
El proceso de FA crea piezas por capas, una a una. Hay una multitud de técnicas, como la fusión por lecho de polvo, deposición de energía dirigida y fabricación por filamento fundido. En esencia, todas ellas tienen una cosa en común: el calor se utiliza para convertir un material no sólido en un objeto sólido, casi sin restricciones con respecto a su diseño. Actualmente, la FA está pasando de ser un enfoque únicamente para el prototipado a utilizarse para producción de calidad en serie. Para garantizar la calidad necesaria por adelantado, todos los escenarios potenciales requieren visualización para tomar decisiones informadas y cerrar la brecha entre lo que se diseña y lo que se imprime.
Knust-Godwin, con sede en Katy, Texas, especialista en componentes de precisión de alta calidad para productos complejos de instrumentación de perforación para MWD / LWD (Measurement While Drilling / Logging While Drilling) (Medición de la perforación / Registro de la perforación) utilizados en la industria del petróleo y el gas, ejemplifica cómo la FA está mejorando la producción de piezas complejas. La compañía produce instrumentos que recopilan datos de entornos hostiles en lo profundo de un pozo de perforación que requieren piezas complejas y fabricadas con precisión. Sus clientes incluyen a las cuatro compañías principales de herramientas de servicio y petróleo que trabajan para muchas de las empresas de exploración y extracción de petróleo y gas más importantes del mundo.
Estas empresas están bajo presión para que sus operaciones sean más eficientes, lo que aumenta la demanda sobre Knust-Godwin para fabricar piezas de forma rápida y rentable. Para mejorar sus operaciones de fabricación, la compañía debe evolucionar constantemente e invertir en nuevas tecnologías. Con 50 años de conocimiento y experiencia en técnicas de fabricación sustractiva, como fresado, torneado y perforación, combinadas con la FA, Knust-Godwin se ha convertido en uno de los pocos fabricantes de piezas de precisión que ofrece las ventajas de ambos métodos.
“Nuestros clientes están impresionados con la calidad de nuestras piezas aditivas. Pero, en casos anteriores, han tenido productos impresos por proveedores de aditivos que no entendían realmente esta fabricación”, explica Mike Corliss, vicepresidente de tecnología de Knust-Godwin. “Como resultado, lo que obtuvieron no era exactamente lo que esperaban. Por eso les gusta nuestra capacidad para aplicar ambas tecnologías en la fabricación de los productos que quieren, ya que nuestra visión es proporcionar a nuestros clientes una manera alternativa de fabricar productos”.
3DEXPERIENCE, PLENAMENTE PREPARADO PARA LOS RETOS DE DISEÑO
Knust-Godwin buscaba una solución que pudiese demostrar cómo la FA puede mejorar la producción. Tras una búsqueda exhaustiva, la compañía se decidió por el diseño y las capacidades de simulación que aporta la plataforma 3DEXPERIENCE de Dassault Systèmes.
“Nuestro mayor desafío es educar a los clientes en el diseño para la fabricación aditiva”, indica Corliss. “La tecnología (de manufactura aditiva) es tan reciente que nuestros clientes no tienen aún la experiencia para saber cómo usarla y aplicarla. Y trabajando con ellos en sus diseños con la plataforma 3DEXPERIENCE, podemos enseñarles los resultados que buscan incluso antes de que imprimamos un producto”.
“Dassault Systèmes reunió todo en una plataforma que nos permitía generar y analizar el código”, explica James Hyder, ingeniero de fabricación aditiva en I+D en Knust-Godwin. “Y con ello, llegaremos a ser capaces de analizar y comprar los datos que las máquinas capturan y luego mejorar nuestras capacidades de modelado predictivo. Ninguna otra plataforma actual que conozca ofrece esta posibilidad”.
La plataforma 3DEXPERIENCE fue implementada por Adaptive, un socio platino Value Solutions de Dassault Systèmes, que mantuvo una estrecha relación con Knust-Godwin al proporcionar de forma constante formación y resolver consultas cuando surgían preguntas. “Adaptive ha sido esencial para ponernos al día”, añade Hyder. “Su apoyo y trabajo a nuestro ritmo de adopción han sido excelentes. Nos hemos enfrentado a retos, pero hemos trabajado juntos y no podría haber imaginado una relación mejor”.
TRANSFORMAR LA PRODUCCIÓN DE LAS PIEZAS DE PRECISION DE ALTA CALIDAD
Knust-Godwin está transformando cómo se operan y producen piezas de precisión de alta calidad mediante la combinación de su conocimiento y experiencia en la FA y sustractiva con las capacidades de la plataforma 3DEXPERIENCE.
“Knust-Godwin tiene la confianza, recursos y conocimientos para aplicar la fabricación aditiva a su competencia principal de fabricación substractiva. Esto le ofrece a los clientes los productos con la calidad precisa que están acostumbrados a ver en los procesos sustractivos”, afirma Corliss. “Tradicionalmente, la fabricación de productos de petróleo y gas podía llevar hasta 24 meses desde la concepción a la comercialización. Con la FA somos capaces de hacerlo en menos tiempo, cerca de ocho meses y, en algunos casos, los procesos posteriores al mecanizado han sido reducidos de 12 pasos a únicamente dos.”
La plataforma 3DEXPERIENCE ha sido especialmente efectiva en la ayuda a Knust-Godwin a maximizar su experiencia en FA.
"Veo a muchos clientes que vienen a nosotros con un diseño simple y llano, o que necesitan múltiples piezas para un ensamblaje", explica Chris Philpott, ingeniero de fabricación aditiva en Knust-Godwin. “Cuando les mostramos lo que podemos hacer con 3DEXPERIENCE y la fabricación aditiva, los clientes se quedan realmente sorprendidos con nuestra capacidad para combinar múltiples componentes en una sola pieza impresa en 3D".
Antes de usar la plataforma 3DEXPERIENCE, Knust-Godwin imprimía la pieza, la medía, determinaba las distorsiones y corregía manualmente el modelo, lo que consumía mucho tiempo y dinero. Ahora, Philpott usa la plataforma para simular modelos que se imprimirán en 3D, por lo que podrá resolver problemas de antemano, incluida la predicción de fallas de construcción, como grietas o pandeo de paredes finas.
"Teníamos un cliente que quería un tubo de filtro", continúa Philpott. “Después de imprimir, descubrimos que estaba demasiado distorsionado. Decidimos ejecutarlo en 3DEXPERIENCE a través de la aplicación de optimización de forma inversa. Me sorprendió ver la ejecución de la simulación, ya que se veía exactamente la parte distorsionada que acabábamos de imprimir. Luego pudimos invertir la forma (el modelo 3D) para crear una parte perfectamente recta”.
Uno de los mayores desafíos de simulación de Knust-Godwin es predecir la distorsión, y en gran medida los problemas dependen del material que utilizan para imprimir.
"Un motivo esencial para elegir 3DEXPERIENCE frente a otras soluciones es la simulación termomecánica completa para medir las tensiones dentro de un material", asegura Philpott. "Podemos introducir un material que nunca hemos usado antes, ingresar sus parámetros y simularlo. Esto ofrece mucha flexibilidad para determinar sus propiedades y las reacciones en la fabricación. Tenemos muchas piezas de paredes finas y otras que combinan paredes gruesas y delgadas, lo que crea una gran complejidad en la pieza. 3DEXPERIENCE es capaz de manejar muy bien esto”.
FACILITAR UNA MAYOR COLABORACIÓN Y COMPARTIR CONOCIMIENTOS
Al trabajar como un pequeño equipo de ingeniería, Knust-Godwin cuenta con el apoyo de estudiantes de ingeniería de universidades locales que también necesitan acceso en tiempo real a los datos de sus proyectos.
"La plataforma 3DEXPERIENCE les permite trabajar en estrecha colaboración y optimizar los flujos de trabajo", añade Hyder. “La tecnología ayuda a facilitar el movimiento del conocimiento en nuestro equipo, en el que algunos miembros se encuentran fuera del campus. Antes usábamos correo electrónico, servidores y documentos de datos, pero era muy engorroso mantener actualizadas las modificaciones realizadas por los diferentes miembros del equipo".
Esta colaboración mejorada está ayudando en otros procesos de negocio, incluida la gestión de tareas y la generación de presupuestos.
"La función de administrador de tareas en 3DEXPERIENCE apoya el proceso de presupuestos de principio a fin", explica Hyder. "Cuando llega el presupuesto, trabajamos con él a través del sistema. En ese momento, cada integrante del equipo recibe las tareas que deberá completar trabajando al unísono con los demás para que el presupuesto llegue más rápido al cliente".
Imagen superior: los ingenieros de Knust-Godwin utilizaron la aplicación SIMULIA en la plataforma 3DEXPERIENCE para simular un tubo de filtro e identificar la distorsión antes de imprimir la pieza en 3D.
Imagen inferior: una imagen de malla de tubo de filtro simulado en primer plano.
CRECIMIENTO PARA EL FUTURO
La FA es una oportunidad de negocio clave para Knust-Godwin, y la compañía espera que la demanda de sus servicios a este respecto crezca un 20 % anual en los próximos años.
"La plataforma 3DEXPERIENCE significa que podemos proporcionar capacidades únicas para productos que son difíciles de fabricar o producir con el software tradicional de fabricación aditiva", explica Corliss. “Nos da una ventaja en la industria. Esto se traduce en que podemos proporcionar a nuestros clientes los productos de la calidad de precisión que esperan de Knust-Godwin”.
Establecer las expectativas del cliente con anticipación está ayudando a Knust-Godwin a ganar negocio y mantener la fidelidad del cliente.
"Mucha gente piensa que puedes hacer cualquier cosa porque imprimes en 3D", explica Philpot. “A menudo vemos piezas que no son apropiadas para la fabricación aditiva o que podrían serlo con algunos pequeños cambios. Con 3DEXPERIENCE, podemos demostrar cómo se comporta una pieza en el proceso de FA e incluso llevar a cabo un proceso de reingeniería para que pueda rediseñarse para el proceso aditivo”.
De cara al futuro, añade Carliss, “el objetivo a largo plazo de Knust-Godwin es crecer y desarrollarse con la plataforma 3DEXPERIENCE y llegar hasta donde la tecnología comienza a usar inteligencia artificial, el aprendizaje automático y las redes neuronales para convertirse en revolucionaria y comenzar a fabricar productos que parecían imposibles hasta ahora".