Production Streamlining through Design, Implementation, and Analysis of Lean Manufacturing Methods

Through the correct implementation of lean manufacturing methods, a company can greatly improve their business. Over a period of three months at TTM Technologies, I utilized my knowledge to fix existing problems ans streamline production. In addition, other trouble areas in their production process were discovered and proper lean methods were used to address them. TTM Technologies saw many changed in the right direction over this time period.

Engineering manufacturing methods.

Includes bibliography.

Manufacturing methods for liposome adjuvants

A wide range of studies have shown that liposomes can act as suitable adjuvants for a range of vaccine antigens. Properties such as their amphiphilic character and biphasic nature allow them to incorporate antigens within the lipid bilayer, on the surface, or encapsulated within the inner core. However, appropriate methods for the manufacture of liposomes are limited and this has resulted in issues with cost, supply, and wider scale application of these systems. Within this chapter we explore manufacturing processes that can be used for the production of liposomal adjuvants, and we outline new manufacturing methods can that offer fast, scalable, and cost-effective production of liposomal adjuvants.

Characterization Of Process Efficiency Improvement In Laser Additive Manufacturing

Laser additive manufacturing (LAM), known also as 3D printing, has gained a lot of interest in past recent years within various industries, such as medical and aerospace industries. LAM enables fabrication of complex 3D geometries by melting metal powder layer by layer with laser beam. Research in laser additive manufacturing has been focused in development of new materials and new applications in past 10 years. Since this technology is on cutting edge, efficiency of manufacturing process is in center role of research of this industry. Aim of this thesis is to characterize methods for process efficiency improvements in laser additive manufacturing. The aim is also to clarify the effect of process parameters to the stability of the process and in microstructure of manufactured pieces. Experimental tests of this thesis were made with various process parameters and their effect on build pieces has been studied, when additive manufacturing was performed with a modified research machine representing EOSINT M-series and with EOS EOSINT M280. Material used was stainless steel 17-4 PH. Also, some of the methods for process efficiency improvements were tested. Literature review of this thesis presents basics of laser additive manufacturing, methods for improve the process efficiency and laser beam – material- interaction. It was observed that there are only few public studies about process efficiency of laser additive manufacturing of stainless steel. According to literature, it is possible to improve process efficiency with higher power lasers and thicker layer thicknesses. The process efficiency improvement is possible if the effect of process parameter changes in manufactured pieces is known. According to experiments carried out in this thesis, it was concluded that process parameters have major role in single track formation in laser additive manufacturing. Rough estimation equations were created to describe the effect of input parameters to output parameters. The experimental results showed that the WDA (width-depth-area of cross-sections of single track) is correlating exponentially with energy density input. The energy density input is combination of the input parameters of laser power, laser beam spot diameter and scan speed. The use of skin-core technique enables improvement of process efficiency as the core of the part is manufactured with higher laser power and thicker layer thickness and the skin with lower laser power and thinner layer thickness in order to maintain high resolution. In this technique the interface between skin and core must have overlapping in order to achieve full dense parts. It was also noticed in this thesis that keyhole can be formed in LAM process. It was noticed that the threshold intensity value of 106 W/cm2 was exceeded during the tests. This means that in these tests the keyhole formation was possible.

Trends and Expertise Exchange within Rapid Manufacturing in Europe

Rapid Manufacturing (RM) umfasst den Begriff der direkten und wirtschaftlichen Bauteilherstellung des Serienprodukts aus 3D-Daten. Die Hauptvorteile sind u.a. das Wegfallen von Werkzeugen und eine Designfreiheit in der Produktentwicklung, die noch vor wenigen Jahren undenkbar war. Wenngleich heute eine Vielzahl von Werkstoffen im Kunststoff- und Metallbereich einsetzbar sind, konzentriert sich die Verbreitung des RM allerdings auf besondere Technologie- und Wirtschaftszweige, aufgrund mangelnder Erfahrungswerte, teilweise abweichender Werkstoffeigenschaften, fehlender Standards und ungeeigneter Testmethoden. In der Praxis sind Ingenieure und Techniker stark darauf bedacht, auf etablierte Abläufe und Standards zurückzugreifen. Es ist daher schwer einen geeigneten RM-Prozess aufzubauen, wo wichtige Eingangsgrößen meist unbekannt sind. In diesem Bericht wird beschrieben, welche Informationskanäle es innerhalb Europas zum Thema RM gibt und welche Hochschulen und Forschungszentren Aktivitäten aufweisen. Darüber hinaus werden Anwendungsfelder des RM aufgeführt, die über die bekannten Anwendungsfelder hinaus gehen. Dazu gehören Anwendungen im Bereich der Elektrotechnik, Raumfahrtinstrumentation und der Mode. Obwohl nicht alle Anwendungen des RM in diesem Bericht aufgeführt werden, sind einige Schlüsselinformationen im Bereich innovativer Anwendungen von RM enthalten.

Application of Numerical Methods to Study Arrangement and Fracture of Lithium-Ion Microstructure

The focus of this work is to develop and employ numerical methods that provide characterization of granular microstructures, dynamic fragmentation of brittle materials, and dynamic fracture of three-dimensional bodies.

We first propose the fabric tensor formalism to describe the structure and evolution of lithium-ion electrode microstructure during the calendaring process. Fabric tensors are directional measures of particulate assemblies based on inter-particle connectivity, relating to the structural and transport properties of the electrode. Applying this technique to X-ray computed tomography of cathode microstructure, we show that fabric tensors capture the evolution of the inter-particle contact distribution and are therefore good measures for the internal state of and electronic transport within the electrode.

We then shift focus to the development and analysis of fracture models within finite element simulations. A difficult problem to characterize in the realm of fracture modeling is that of fragmentation, wherein brittle materials subjected to a uniform tensile loading break apart into a large number of smaller pieces. We explore the effect of numerical precision in the results of dynamic fragmentation simulations using the cohesive element approach on a one-dimensional domain. By introducing random and non-random field variations, we discern that round-off error plays a significant role in establishing a mesh-convergent solution for uniform fragmentation problems. Further, by using differing magnitudes of randomized material properties and mesh discretizations, we find that employing randomness can improve convergence behavior and provide a computational savings.

The Thick Level-Set model is implemented to describe brittle media undergoing dynamic fragmentation as an alternative to the cohesive element approach. This non-local damage model features a level-set function that defines the extent and severity of degradation and uses a length scale to limit the damage gradient. In terms of energy dissipated by fracture and mean fragment size, we find that the proposed model reproduces the rate-dependent observations of analytical approaches, cohesive element simulations, and experimental studies.

Lastly, the Thick Level-Set model is implemented in three dimensions to describe the dynamic failure of brittle media, such as the active material particles in the battery cathode during manufacturing. The proposed model matches expected behavior from physical experiments, analytical approaches, and numerical models, and mesh convergence is established. We find that the use of an asymmetrical damage model to represent tensile damage is important to producing the expected results for brittle fracture problems.

The impact of this work is that designers of lithium-ion battery components can employ the numerical methods presented herein to analyze the evolving electrode microstructure during manufacturing, operational, and extraordinary loadings. This allows for enhanced designs and manufacturing methods that advance the state of battery technology. Further, these numerical tools have applicability in a broad range of fields, from geotechnical analysis to ice-sheet modeling to armor design to hydraulic fracturing.

Expanding the Design Space: Forging the Transition from 3D Printing to Additive Manufacturing

Thesis (Master's)--University of Washington, 2016-08

Estudo da resistência de juntas adesivas em L entre alumínio e material compósito

As ligações adesivas são frequentemente utilizadas na fabricação de estruturas complexas que não poderiam ou não seriam tão fáceis de ser fabricadas numa só peça, a fim de proporcionar uma união estrutural que, teoricamente, deve ser pelo menos tão resistente como o material de base. As juntas adesivas têm vindo a substituir métodos como a soldadura, e ligações parafusadas e rebitadas, devido à facilidade de fabricação, menor custo, facilidade em unir materiais diferentes, melhor resistência, entre outras características. Os materiais compósitos reforçados com fibra de carbono são amplamente utilizados em muitas indústrias, tais como de construção de barcos, automóvel e aeronáutica, sendo usados em estruturas que requerem elevada resistência e rigidez específicas, o que reduz o peso dos componentes, mantendo a resistência e rigidez necessárias para suportar as diversas cargas aplicadas. Embora estes métodos de fabricação reduzam ao máximo as ligações através de técnicas de fabrico avançadas, estas ainda são necessárias devido ao tamanho dos componentes, limitações de projecto tecnológicas e logísticas. Em muitas estruturas, a combinação de compósitos com metais tais como alumínio ou titânio traz vantagens de projecto. Este trabalho tem como objectivo estudar, experimentalmente e por modelos de dano coesivo (MDC), juntas adesivas em L entre componentes de alumínio e compósito de carbono epóxido quando solicitados a forças de arrancamento, considerando diferentes configurações de junta e adesivos de ductilidade distinta. Os parâmetros geométricos abordados são a espessura do aderente de alumínio (tP2) e comprimento de sobreposição (LO). A análise numérica permitiu o estudo da distribuição das tensões, evolução do dano, resistência e modos de rotura. Os testes experimentais validam os resultados numéricos e fornecem mecanismos de projecto para juntas em L. Foi mostrado que a geometria do aderente em L (alumínio) e o tipo de adesivo têm uma influência directa na resistência de junta.

Projecto de componentes estruturais recorrendo a soluções avançadas em aços de alta resistência

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Mecânica

Sähkökoneen staattorikäämityksen kehittäminen

Tämä insinöörityö tehtiin ABB:n Pitäjänmäen konetehtaalle Tahtikoneet-tulosyksikölle. Työssä tutkittiin mahdollisuuksia valmistaa murtovakovyyhtejä kestomagneettituuligeneraattoreihin, joissa vakoluku on alle yhden. Työ tehtiin tutustumalla aluksi Pitäjänmäen konetehtaan käytössä oleviin vyyhden valmistus- ja käämintämenetelmiin. Lisäksi tutkittiin erilaisia mahdollisia murtovakovyyhden valmistusmenetelmiä, joista lupaavimpia myös kokeiltiin. Saatujen kokemusten pohjalta valittiin vyyhden valmistusmenetelmä, jonka mukaan valmistettiin koe-erä. Koe-erälle suoritettiin mittauksia, joilla varmistettiin niiden sähköinen kestävyys Työn tuloksena valitulla valmistusmenetelmällä valmistettiin vyyhdet prototyyppi tuuligeneraattorin.

Katalysaattorin valmistuksen benchmarking

Työn tarkoituksena oli selvittää kilpailullisen benchmarkingin avulla Ecocat Oy:n käyttämien katalysaattoreiden valmistusmenetelmien suhdetta kilpailijoiden käyttämiin valmistusmenetelmiin, sekä tehdä benchmarking-tiedon pohjalta johtopäätöksiä ja ehdotuksia valmistusmenetelmien kehittämisestä. Tutkimuksen runkonatoimi benchmarking-prosessimalli, joka oli yhdistelmä kolmesta työn teoriaosassa esitellystä benchmarking-prosessimallista. Tiedon keruu benchmarkingia varten tapahtui käyttämällä hyväksi julkisten lähteiden lisäksi yrityksen sisäisiä tietolähteitä ja yrityksen ulkopuolisia kontakteja. Kerätyn tiedon pohjalta laadittiin kuvaukset Ecocatin ja sen kilpailijoiden käyttämistä valmistusmenetelmistä, tuotteista ja kustannuksista. Laadittujen kuvausten pohjalta suoritettiin vertailua menetelmien, tuotteiden ja kustannusten kesken. Tutkimuksessa havaittiin että Ecocatin käyttämät valmistusmenetelmät ovat kilpailukykyisiäja hyvin samankaltaisia kuin kilpailijoilla. Valmistusmenetelmien kehitysehdotusten tekemiseen kilpailullinen benchmarking antoi niukasti tietoa. Menetelmien kehittämiseen soveltuisikin paremmin jokin toinen benchmarking-tekniikka ja avoimempi benchmarking-yhteistyö.

Ohutlevytuotteenvalmistusteknisten piirteiden tunnistaminen ja käyttö suunnittelun apuna

Suunnittelu- ja valmistustoiminnot ovat eriytymässä myös ohutlevyteollisuudessa. Kilpailukyvyn parantamiseksi, valmistusta siirretään alihankkijoille maihin, jossa työvoima on halpaa ja suuret markkinat lähellä, tuotekehityksen ja suunnittelun jäädessä Suomeen tai muualle Länsi-Eurooppaan. Tällöin vanhan lokaalin toimintamallin synergiaedut eivät ole enää mahdollisia ja tuotteen valmistettavuuden arviointi, laadunhallinta ja komponenttien yhteensopivuuden varmistaminen on erittäin haasteellista. Tässä tutkimuksessa etsittiin uuden toimintamallin tuomiin haasteisiin vastauksia piirrepohjaisesta mallintamisesta. Tavoitteen mukaisesti, tutkimuksessa tunnistettiin ohutlevytuotteen valmistusteknilliset piirteet ja luotiin niiden mukainen piirrekaavio. Piirteiden tunnistus vaati tutkimustyötä sekä nykyaikaisten suunnittelumetodien että valmistusmenetelmien ja ohutlevymateriaalien parissa. Lisäksitarkasteltiin, millaisia vaikutuksia piirteillä on tuotteen valmistettavuuteen ja miten nämä tulee huomioida tuotteen suunnittelussa.

Mikrokanavareaktorin käyttö reaktorina eksotermisissä reaktioissa

Tämän työn kirjallisuusosassa on tarkasteltumikrokanavareaktoria teknisestä näkökulmasta. Kirjallisuusosassa käydään läpi mikrokanavareaktorin rakennetta, valmistajia sekä valmistusmenetelmiä. Toisena näkökulmana kirjallisuusosassa tarkastellaan mikrokanavareaktorin soveltuvuutta eksotermisiin reaktioihin. Eksotermisista reaktioista tarkasteluun valittiin FIscher-Tropsch synteesi, jota tarkastellaan tässä työssä tarkemmin. Lopuksi kirjallisuusosassa käsitellään mikrokanavareaktoritekniikkalla saavutettavia etuja sekä mikrokanavareaktoritekniikkaan liittyviä ongelmia. Soveltavassa osassa tarkasteltiin mikrokanavareaktorin soveltuvuutta Fischer-Tropsch synteesiin käyttäen apuna Aspen+ simulointiohjelmaa. Aspen+ simulointiohjelman avulla nähtiin mikrokanavareaktorin koon vaikutus Fischer-Tropsh synteesiin. Lisäksi soveltavassa osassa suunniteltiin simulointituloksiin sekä kirjallisuudesta saatuihin tietoihin perustuva teollisuuden mittakaavaan soveltuva mikrokanavareaktori. Lopuksi työssä pohdittiin mikrokanavareaktoritekniikkaa kirjallisuus sekä sekä soveltavan osan perusteella.

Taloudellinen ja läpimenoajaltaan lyhyt ruiskupuristusmuotin valmistusprosessi

Tämän diplomityön tavoitteena oli löytää Perlos Tools Joensuun tehtaalle sopiva taloudellinen ja läpimenoajaltaan lyhyt ruiskupuristusmuotin valmistusprosessi. Kirjallisuusosiossa tarkastellaan valmistuksen prosessimalleja, esitellään tärkeimmät muotinvalmistuksen menetelmät, sekä nykytilan ja tulevaisuuden haasteet. Lisäksi tarkastellaan muotinvalmistuksen työajan ja kulujen jakaantumista, tärkeimpiä investointilaskelmia, sekä investointien perustelemista simulointien avulla. Tutkimusosiossa simuloidaan erilaisia prosessimalleja, selvitetään valmistusmenetelmienja koneiden vaikutusta muotinvalmistuksen läpimenoaikaan, sekä lasketaan investointien ja valmistuskoneiden vaikutukset takaisinmaksuaikoihin. Simulaation tavoitteena on asiaankuuluvien mallien, sopivien kysymysten sekä prosessimallien kehittämisen kautta tuottaa analysoitua informaatiota päätöksenteon tueksi. Tutkimustulosten perusteella ruiskupuristusmuotin valmistusprosessi on optimoitu. Optimoinnin tuloksena tarkasteltavalla yrityksellä on käytössään taloudellinen ja läpimenoajaltaan lyhyt ruiskupuristusmuotin valmistusprosessi.

Hitsaavan tuotannon kehittäminen pyöräkuormainkaivureita valmistavassa yrityksessä

Diplomityössä käsitellään pyöräkuormainkaivureita valmistavan yrityksen konepajatuotannon kehittämistä aihiovalmistuksen, hitsauksen ja koneistuksen osalta. Pääpaino kehittämistoimissa on hitsauksessa. Lähtökohtana tuotannonkehittämisen tarpeelle ovat tuotannon kasvu, kustannustehokkuuden lisääminen sekä pula ammattitaitoisesta työvoimasta. Diplomityössä selvitetään yrityksen vanhan konekannan päivittämismahdollisuuksia ja säästöjen hakemista tehokkaampia valmistusmenetelmiä käyttöönottamalla. Pohjatyönä tulevaisuuden tuotannon tehostamiselle selvitettiin nykyiset valmistuskustannukset. Työajankäytön historiatiedot löytyivät yrityksen tietojärjestelmästä, joita tarkennettiinkentältä kerätyin tiedoin. Myös koneiden käyttökustannukset tuntihinnat eri työvaiheille. selvitettiin ja näin saatiin määritettyä Lännen Tractors Oy:lle löytyi hitsaavassa tuotannossa kehitystoimenpiteitä, mitkä tekemällä voidaan tuotantoa tehostaa ilman investointeja. Tuotannon kehittäminen jaettiin kahteen vaiheeseen: 1. vaihe, missä ei investoida vaan keskitytään nykyisten menetelmien kehittämiseen ja vanhojen koneiden tehokkaampaan hyödyntämiseen ja 2.vaihe, missä tarkastellaan mahdollisten investointien kannattavuutta sekä selvitetään alihankinnan mandollisuutta. Tuotannon tehostamisen 1. vaiheen toimenpiteillä saadaan hitsauskustannuksia pienennettyä jopa 20 %. 2. vaiheen oman tuotannon tehostamiseksi koneistuksen eri tehtiin investointilaskelmat robottihitsaussolun ja vaihtoehtojen takaisinmaksuajasta sekä sisäisestä korkokannasta. Uuden robottihitsaussolun takaisinmaksuaika on n. 3 vuotta. Näiden laskelmien perusteella mahdollisuudet valmistaa komponentteja taloudellisesti. investoinneilla voidaan pyöräkuormainkaivureiden saavuttaa hitsattuja