Témata
Reklama

Aditivní a hybridní výroba 3D tiskem

Rychlý rozvoj 3D tisku v posledních letech nejenže zpřístupnil tuto technologii spotřebitelům, ale také umožnil nové typy aditivní a hybridní výroby.

Podle analytické společnosti IDC začínají podniky poznávat výhody 3D tisku, který nyní zažívá boom. IDC předpovídá, že se v letech 2012 až 2017 zvýší celosvětově dodávky 3D tiskáren až desetinásobně. Tento růst je poháněn především spotřebiteli a malými podniky, ale má také významný dopad na průmyslovou výrobu.
3D tisk změnil zejména způsoby, jakými jsou výrobky konstruovány, vyvíjeny, vyráběny a distribuovány. Tyto výhody otevřely dveře čistším, lehčím a bezpečnějším výrobkům, jakož i kratším dodacím lhůtám a nižším nákladům.

Reklama
Reklama
Reklama

Slabá místa 3D tisku

3D tisk má potenciál významně urychlit a zefektivnit vybrané procesy, ale také má své vlastní nedostatky. První z nich je současný stav a dynamická povaha technologie, znalost aplikací a ekonomická stránka věci. Ve stále se měnícím prostředí je obtížné odhadnout rozdíl mezi náklady na pořízení forem a například 3D tiskem.

Kombinací nanášení a obrábění na jedno upnutí mohou být vytvořeny a třískově dokončeny složité tvary s maximální přesností.

Výrobci, kteří tuto technologii uplatňují ve výrobě, jsou inovátoři, kteří se následně potýkají s obtížemi odůvodnit investice a samotné rozhodnutí o implementaci. Tato kombinace znamená, že úspěšné zavedení jedné výrobní aplikace může trvat měsíce, ne-li déle.

Aditivní výroba kromě toho vyžaduje konverzi CAD geometrie do STL souborů, které disponují nepřesností několika řádů v porovnání s tradiční subtraktivní/třískovou výrobou. Aby byl konečný výrobek přesný, je nutné podrobit dalšímu zkoumání mnoho jiných problémů. Aditivní výroba v současné době neumožňuje dynamické sledování procesu. Tedy něco, co je víceméně standardem při konvenčním způsobu obrábění.

Nepostačují pouze nové typy strojů, je potřebný i posun od tradičních subtraktivních výrobních postupů (zejména obráběcích) k doplňkovým – a koneckonců hybridním –, které vyžadují nové přístupy v myšlení, nástroje i strategie. To také otevírá cestu k novým možnostem analýz a různorodým materiálům.

Poptávková a zakázková výroba

Mezi dvě hlavní výhody 3D tisku patří schopnost vytvářet vlastní jednorázové výrobky a nestandardní, tvarově složité konstrukční návrhy jako jeden celek. To s sebou přináší celou řadu výhod, které mohou šetřit čas, zdroje a náklady. Jednoduchým příkladem může být například tvorba vzpěr. Spíše než pevný sloupek, který je těžký a podle potřeby tvarovaný, může být jeho 3D tištěná verze se složitou vnitřní nosnou konstrukcí dutá a zhotovená v požadovaném tvaru. Tento netradiční přístup je v konečném důsledku rychlejší, výsledný tvar vzpěry je pevnější, lehčí a na jeho výrobu se spotřebuje méně materiálu.

Rovněž výrobek, který je složen z více samostatných prvků a později spojován dohromady, může být vytištěn jako jeden objekt. Při použití konvenčních lehčích výrobních technik mohou i relativně jednoduché sestavy vyžadovat spoustu samostatně vyráběných dílů a také mohou omezovat možnosti konstruování. Užitím aditivní výroby lze objekt vyrobit jako jeden díl v uceleném procesu, přičemž je lehčí a zároveň odolnější.

Nanášení materiálu na víceosém obráběcím centru umožňuje dotváření konstrukce pod libovolným náklonem, čímž lze docílit rychlejší a flexibilnější tvorby dílu.

Neomezená práce s tvary v podobě libovolného přizpůsobování, které nabízí aditivní výroba, nejenže umožňuje rychlou tvorbu prototypů, ale také úpravu základního provedení podle individuálních požadavků. V lékařství mohou být části, jako jsou umělé kolenní a kyčelní náhrady, vytvořeny pacientovi přesně na míru.
Na 3D tiskárně lze nejen tvořit nové návrhy, ale lze také pracovat s novými materiály. Tiskárny zvládnou jak přechod od plastů ke kovům a slitinám, tak i ke zcela novým materiálovým kategoriím, které nemohou být v případě klasických výrobních přístupů brány v potaz. Pracovat lze s tvárnými a biologickými materiály, které se používají v lékařství a potravinářském průmyslu. Dokonce u tradičních kovů je možné nastavit gradient hustoty nebo konfiguraci různorodých materiálů, které nemohou být docíleny tradičními postupy v podobě výkovku a odlitku.

Nový ekosystém konstruování

Vše naznačuje, že výrobu čeká ještě zajímavá a inovativní budoucnost, ale s vědomím potřeby zcela nového konstruování a výrobního ekosystému. Konstrukce lehkých struktur a komplexních povrchových vzorů vyžaduje na úrovni návrhů nové CAD nástroje, jakož i pravidla pro aditivní výrobní design a podporu různorodých materiálů.
Aditivní výroba u hotových dílů umožňuje složitější konstrukce – a především neviditelné vnitřní konstrukce. To požaduje dopředné strukturální analýzy k posouzení schopnosti odolat potřebnému namáhání a testy životnosti v různých scénářích. Spolu se zvýšenou konstrukční složitostí jsou nutné dodatečné kontroly jakosti, protože tradiční měřicí metody nemusejí být schopny poskytnout ucelený obraz.

Stejně tak jsou nutné změny v analýzách systémů CAE v nabídce optimalizace topologie nástrojů, ve výpočtech deformace a v regulaci výkonu laseru. A taktéž nové CAM systémy, podporující výrobu na dílně, budou muset přinášet více kreativity a efektivity v obráběcích procesech, stejně jako hybridní výrobní kontroly a postupy.
Širší výrobní ekosystémy v tomto prostředí také potřebují přehodnocení. V rámci restrukturalizace dodavatelských řetězců lze vytvářet nulové zásoby i tvořit díly na zakázku.

To vše nakonec vyžaduje nové pracovní přístupy a dovednosti a širší kooperativní přístup k celému konstrukčnímu a výrobnímu cyklu.

Hybridní přístup

Navzdory četným výhodám, které s sebou aditivní výroba přináší, jsou zde zřejmé i nedostatky, zejména pokud jde o přesnost a jakost struktury povrchu. Vyřešit to lze hybridním přístupem, který zahrnuje aditivní procesy s procesy obráběcími v jednom systému. Prakticky to znamená vytvořit objekt pomocí aditivního výrobního procesu a poté dokončit tvarové detaily obrobením funkčních ploch. Tento přístup také řeší problémy s rozměrovými tolerancemi a výrobní přesností.

Siemens je lídrem CAD/CAM průmyslu v poskytování základních softwarových nástrojů potřebných k řízení těchto revolučních hybridních obráběcích strojů.

Schopnost přidávat a odebírat materiál v postupných krocích také umožňuje realizovat návrhy, které mohou být vylepšeny a upraveny v průběhu jejich vzniku, než je vytvářet znovu od nuly. Jako takové mohou být fáze analýzy a testování mnohem rychlejší a přesnější.

Tento přístup také zlepšuje a zjednodušuje proces údržby a oprav. Do opotřebovaných nebo poškozených výrobků může být jednoduše materiál navíc vložen. Výrobky jsou poté znovu dokončeny a mohou sloužit původnímu účelu jako nové.

Závěr

Tradiční způsob výroby bude mít nadále význam pro jednoduché výrobky a velké výrobní objemy. Aditivní a hybridní výroba nabízí možnosti v řadě nových odvětví a především zcela nové přístupy v navrhování a tvorbě určitých částí. Aditivní výroba přináší zřejmé obchodní výhody pro tvorbu konkrétních výrobních dílů, ovšem rozvoj potřebných znalostí a procesů může vyžadovat obrovské investice do času a zdrojů.

Rozvoj tohoto sektoru vyžaduje podporu celého odvětví i rozvíjení nástrojů, jež by podpořily výrobce, kteří zahrnuli aditivní a hybridní stroje do výrobního procesu. Siemens PLM Software se snaží řídit tyto stroje přímo z prostředí CAD/CAM/CAE systému NX, takže nedochází ke ztrátě dat nebo výrobním nepřesnostem.
Aditivní a hybridní výroba se každým dnem mění a nabírá nový a inovativní směr. To má potenciál otevřít zcela nové odvětví a významným způsobem ovlivnit, jak přistupujeme k řadě problémů při výrobě.

Jan Larsson

Evoluce aditivní výroby

3D tisk se používá v průmyslové výrobě již několik desítek let, ale jen pro velmi úzce specializovanou oblast – původně vyhrazenou pro prototypy na bázi stereolitografie. 3D tisk umožnil vytvářet prototypy, které pomáhaly při vývoji výrobků. Tyto prototypy se zpočátku používaly pouze pro vizualizace koncepce.
Většina návrhů byla nakonec sériově vyráběna pomocí tradiční výroby. Ačkoliv její nástroje mohou být drahé, při velkém objemu umožňuje výrobu jednotlivých součástí s nízkými náklady.

Aditivní výroba se od té doby od kapalných polymerů na bázi stereolitografie posunula k dalším možnostem, jako jsou plastové nebo kovové práškové báze pro selektivní laserové spékání či odtavování pomocí elektronového paprsku nebo 3D polyjet tisk a modelování tavené depozice. Každá z těchto technologií má své přednosti a nevýhody, co se týká možnosti použití materiálů pevných i pružných, přesnosti a rozlišení, podílu zmetkovosti nebo snadnosti použití.

Siemens PLM Software

eva.marzini@lewispr.com

www.siemens.cz/plm

Umístění na MSV: pavilon P, stánek 21

Reklama
Vydání #9
Kód článku: 150909
Datum: 01. 09. 2015
Rubrika: Trendy / MSV 2015
Autor:
Firmy
Související články
První plnobarevná stolní 3D tiskárna

Společnost Mcor představila jako první na světě plnobarevnou stolní 3D tiskárnu Mcor ARKe a klade si za cíl dostat tuto 3D tiskárnu do každé kanceláře či učebny.

Výrobní laserové technologie

Výrobní laserové technologie lze dělit mnoha způsoby-, podle použitého výkonu, délky pulzu nebo interakce s materiálem. Nejjednodušší způsob rozdělení laserových technologií je do tří skupin: dělení a odebírání materiálu, spojování materiálu a úprava povrchu materiálu. Vzhledem k rozmanitosti využití laseru není toto dělení zcela jednoznačné a existuje několik dalších technologií, které se nacházejí mezi těmito kategoriemi.

Princip laserového čištění a jeho možnosti

Laserové čištění patří mezi mladé technologie, jež nacházejí stále nové uplatnění nejen v průmyslu. Hlavním důvodem jsou nízké provozní náklady, ekologická šetrnost k životnímu prostředí a v neposlední řadě šetrnost k čištěnému materiálu oproti konvenčním metodám.

Související články
Využití výrobků z recyklovaných plastů

Plastové odpady a jejich využití je v současné době velmi diskutovaným tématem. Očista naší země je velice důležitá, protože spousta plastového odpadu končí na skládkách a ve vodách oceánů. Proč tento odpad nezpracovat v rámci recyklace na smysluplné výrobky?

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Harmonizace ve svařování

Mezinárodní harmonizace norem a pravidel pro svařování je důležitá z mnoha důvodů. Primárním důvodem je skutečnost, že svařování je považováno za "zvláštní proces" (EN ISO 9001), při kterém nelze zcela zjistit jakost po skončení procesu inspekcí, ale jakost musí být sledována před i v průběhu celého procesu svařování.

Automatizované pracoviště elektroerozivního obrábění

Společnost Mesit foundry má za sebou šedesátiletou zkušenost z výroby odlitků metodou vytavitelného voskového modelu a více jak padesátiletou historii výroby vstřikovacích forem. V současnosti je dodavatelem kvalitních vstřikovacích forem pro plasty a forem pro přesné lití kovů, které využívají zákazníci, například při dodávkách největším světovým automobilkám.

Velmi rychlá dvojčata

SolidCAM a InventorCAM jsou jeden a tentýž CAM program integrovaný v různých CADech (SolidWorks a Autodesk Inventor), proto má smysl mluvit o obou najednou. Neliší se funkčně totiž opravdu vůbec, pouze je uživatel ovládá ve svém oblíbeném CADu.

Aditivní technologie (nejen) v leteckém průmyslu

3D tisk, neboli aditivní výroba, v dnešních dnech zažívá opravdový boom. Většina firem technického zaměření, které jsou na špičce v oblasti inovací, tuto technologii vlastní, nebo alespoň externě využívá. Obdoba této technologie však není v přírodě nová, ani nijak výjimečná.

Automatizace lidem práci nebere

Automatizaci se ve firmě Kovosvit MAS věnují od roku 2013. Z původního projektu vznikla samostatná divize MAS Automation a na letošní rok má plánované téměř dvojnásobné tržby oproti roku 2017. V porovnání s plánovaným obratem celého Kovosvitu jsou tržby divize zatím nevýznamné, ale průměrný růst divize o dvě třetiny ročně dokládá, že automatizace má v podniku ze Sezimova Ústí zelenou.

Pomocník pro plánování výroby

Většina lidí dnes ví, že žádná firma, která chce být konkurenceschopná, neobejde bez kvalitního ERP. Díky němu lze především řídit procesy, a to doslova všechny. Ne každý si však uvědomuje, jak velké mohou být rozdíly mezi systémy pro jednotlivé oblasti podnikání. Asi nejsofistikovanější ERP najdeme bezesporu ve výrobních firmách.

Téma: technologie pro výrobu forem

Díly, součásti či výrobky, které spatřily světlo světa díky tomu, že byly vylisovány, odlity či vykovány ve formě, jsou doslova všude kolem nás. Forma je zařízení často velmi složité a komplexní a k její výrobě je potřeba řada špičkových technologií. Následující článek představuje některé z nich.

Synergie: klíč úspěchu

Na to, jak je mladý už toho ve své profesi dokázal vskutku hodně. Už na začátku vysokoškolského studia začal podnikat v oblasti jachtingu, do čehož spadá například distribuce materiálů pro povrchové úpravy a poradenství. Dnes je Ing. Viktor Brejcha nejen spojován se společností Sea-Line, ale především je specialistou pro kompozitní materiály ve společnosti Siemens Mobility.

Virtuálně na veletrh

Svět se nám doslova před očima přelévá do online prostoru. To, že se na internet přesune mnoho služeb a komodit bylo jasné už od rozšíření a zvýšení dostupnosti internetu široké veřejnosti. Letošní pandemická situace však tento přerod ještě více umocnila. Ostatně i v průmyslu nás již několik posledních let doprovázejí hesla jako Internet věcí, digitalizace, big data, cloud apod. Oblíbené semináře a konference dostaly virtuální podobu a koncem listopadu si také 17 vystavovatelů a okolo 300 návštěvníků vyzkoušelo první virtuální odborné B2B setkání s názvem Výroba forem 2020.

Od konstrukce strojů po parkovací věže

Mezi starší generací strojařů pravděpodobně není nikoho, kdo by neznal původem škodováka Josefa Bernarda z Jičína. Tento strojírenský nadšenec příští rok oslaví své sedmdesátiny. Před třiceti lety po odchodu z místního Agrostroje položil základy společnosti Vapos, která dává perspektivní práci patnácti desítkám lidí z Jičína a blízkého okolí.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit