Témata
Zdroj: Hermle

Aditivně s nadzvukovou rychlostí

Společnost Hermle je známá především pro svá přesná pětiosá obráběcí centra a nadstandardní servis. Už málokdo ví, že vyvinula také stroj pro aditivní výrobu kovových dílů. Přestože je i tato technologie založena na postupném vrstvení kovového prášku na součást, nedochází zde ke spékání prášku laserovým paprskem, ale kovový prášek je tryskou doslova nastřelován na díl nadzvukovou rychlostí. Na detaily jsme se zeptali technického zástupce společnosti Hermle Pavla Němečka.

Eva Zajícová

Vystudovala Fakultu strojní na ČVUT v Praze, obor Výrobní inženýrství na Ústavu strojírenské technologie.
Od roku 2014 pracuje v MM Průmyslovém spektru nejprve na pozici editorky, poté odborné redaktorky a od roku 2019 na pozici vedoucí redakce. Technika je její prací i zálibou.

Reklama
Pavel Němeček: „Zařízení MPA 42 je speciálně upravené pětiosé obráběcí centrum typu C 42 U. Do pracovního prostoru stroje vedle vřetena vyčnívá Lavalova tryska, která urychluje prášek a nastřeluje jej cíleně na upnutý kovový polotovar. K tomu, aby prášek dosáhl nadzvukové rychlosti a v důsledku deformace se při nárazu spojil s polotovarem, hrají důležitou roli vedle geometrie trysky také přehřátá vodní pára a dusík.“ (Foto: Gabriela Jedličková)

MM: Můžete prosím našim čtenářům představit stroj Hermle, který dokáže aditivně vyrábět kovové díly?

P. Němeček: Je to výkonné a přesné obráběcí centrum MPA 42. Tento stroj však není na prodej. Pokud jde o aditivní výrobu, je Hermle pouze poskytovatelem služeb. Víme, co výrobci forem, kteří nejvíce profitují z této technologie, chtějí (zejména krátké doby cyklu a vysokou kvalitu dílů) a jak toho dosáhnout. Tak jako u jiných aditivních technologií i ze zařízení MPA 42 opouštějí polotovary pracovní prostor stroje s větší, a ne s menší hmotností. Navíc již obrobené na požadovaný tvar. Výhoda je zejména v tom, že stále dosahujeme tisícinových přesností dílů, neboť stroj je zároveň přesným pětiosým centrem.

Reklama
Reklama

MM: Jak dlouho je technologie na trhu dostupná? A jak je to s těmi službami?

P. Němeček: Společnost Hermle uvedla stroj na trh poprvé zhruba před sedmi lety. S novou generací strojů dnes proces generativní výroby získává podstatně vyšší přesnost a rychlost. Zařízení MPA 42 se nachází v naší dceřiné firmě Hermle Maschinenbau v Ottobrunnu, jež se v průběhu let vyvinula v poskytovatele služeb pro aditivní výrobu.

Stroj MPA 42 kombinuje aditivní nanášení materiálu s vysoce přesným třískovým obráběním. (Zdroj: Hermle)

MM: Jak tedy proces probíhá? A jak vypadá samotný stroj?

P. Němeček: To prozrazuje zkratka MPA – Metall Pulver Auftrag: nanášení kovového prášku. Stroj mají v Ottoburnu za dveřmi zvukotěsného krytu. Je to speciálně upravené pětiosé obráběcí centrum typu C 42 U. Do pracovního prostoru stroje vedle vřetena vyčnívá tryska, ale není zde žádná stříkací jednotka chladicího maziva. Lavalova tryska urychluje prášek a nastřeluje jej cíleně na upnutý kovový polotovar. K tomu, aby prášek dosáhl nadzvukové rychlosti a v důsledku deformace při nárazu se spojil s polotovarem, hrají důležitou roli vedle geometrie trysky také přehřátá vodní pára a dusík. V zadní části zařízení je umístěn vyvíječ páry a pět dopravníků prášku. Všechny nanášené materiály a polotovary mají stejnou tažnost. Nanášení je založeno na plastické deformaci. Proto musí být tvárný také povrch polotovarů.

Po vyplnění chladicích kanálků kovovým práškem rozpustným ve vodě následuje další přídavek kovového prášku. (Zdroj: Hermle)

MM: To zní neuvěřitelně! Jaké materiály lze nejlépe využívat? Zmiňuješ, že stroj disponuje až pěti dopravníky kovového prášku…

P. Němeček: Kromě ocelí pro obrábění za tepla a za studena s vysokým obsahem uhlíku, běžných pro výrobu nástrojů, se zpravidla používá také měď a měděná slitina ampcoloy. Měď odvádí teplo mnohem rychleji než nástrojové oceli. Pro konstrukci např. vstřikovacích forem má proto rozhodující výhodu kombinace materiálů oceli a mědi. Touto technologií můžeme dostat měď do částí forem, kde není místo pro chladicí kanálky. Při vstřikování pak měděné jádro odvádí teplo do nejbližšího chladicího kanálku mnohem rychleji než ocel. Uživatel tak ušetří cenné sekundy při chlazení a zlepší se kvalita povrchu plastových dílů.

Po nanesení prášku následuje jemný výbrus. (Zdroj: Hermle)

Pět os obráběcího centra umožňuje téměř jakoukoli orientaci paprsku prášku na vyráběný díl a zajišťuje tak maximálně svobodné uspořádání. Chladicí kanálky mohou být vytvářeny i přímo na zakřivených površích polotovaru. Tímto způsobem získají i větší vstřikovací formy chlazení v blízkosti obrysů, aniž by se aditivně vyráběl celý díl. Jediným limitem je pracovní prostor stroje C 42 U. I když i ten je oproti jiným aditivním zařízením poměrně veliký. V závislosti na geometrii je limit velikosti pro aditivní proces 600 m do délky a do šířky. Díly jsou však zpravidla menší. Stroj je také obzvláště vhodný pro výrobu válcových nebo kónických dílů, jako například chladicích trysek apod. Nanášením materiálu na rotující díl se účinně vyplňují kapsy a kanálky, které se pak uzavírají nástrojovou ocelí.

Na zadní straně zařízení jsou zabudované dopravníky prášku – lze jej pohodlně nakládat zvenku. (Zdroj: Hermle)

MM: Lze tedy říci, že nejčastější využití najde tato technologie při optimalizaci chladicích systémů vstřikovacích forem. Kde jinde ji lze také s výhodou použít?

P. Němeček: Kromě realizace efektivního chlazení nabízí metoda MPA ještě další zajímavé možnosti použití. Mnoho materiálů se přídavkem tak zhutní, že lze povrch dílů bez problémů vyleštit do vysokého lesku. Ale to se stále bavíme o vstřikovacích formách. Pomocí metody MPA mohou být do oceli nebo mědi zabudovány a tím do nástroje integrovány funkční prvky, jako topné dráty nebo senzory pro monitorování teploty dutiny – ideální pro variotermní vedení teploty. Možnosti technologie MPA se však vyplatí i jinde než při vstřikování. V trysce na lepidlo vybavené například integrovanými topnými prvky si lepidla udržují ideální teplotu pro zpracování po celé šířce trysky. Senzor v nástroji umožňuje skutečnou regulaci.

Polotovar s kapsami naplněnými mědí. V další kroku se uzavřou nanesením oceli. (Zdroj: Hermle)

Silnou stránkou odborníků z Ottobrunnu jsou znalosti toho, kde jsou účinné jaké kombinace materiálů, jak co nejlépe rozmístit chladicí kanálky a funkční prvky a jak vyrábět jednodílné tvářecí nástroje. V tom je celá naše filozofie – neprodáváme stroje, prodáváme know-how. Dokážeme poradit konstruktérům vstřikovacích nástrojů, jaký chladicí kanálek, funkční prvek nebo kombinaci několika materiálů použít k optimalizaci vstřikovaných dílů, které se později vyrábějí tímto nástrojem. Jinými technologiemi by bylo jen obtížně možné dosáhnout kratší doby cyklu a vyšší kvality dílů.

MM: Výsledný díl tedy dokáže podstatně zkrátit dobu výrobního cyklu např. vstřikovaných plastových dílů. Ale jak náročná je výroba v zařízení MPA? Naprogramovat celý výrobní proces musí být oříšek. Jaké systémy na to používáte?

P. Němeček: Aplikační inženýři generují kód pro řízení stroje pomocí vlastního CAM softwaru. Ten obsahuje nejen pohyby po dráze, ale také množství prášku, určité teploty a změnu mezi metodou nanášení materiálu a frézováním. Vzhledem k tomu, že žádný výrobce CAD/CAM nedokázal naprogramovat speciální střídavý proces – frézování, nanášení, frézování –, napsali jsme si software sami. To znamená, že můžeme kdykoli reagovat na speciální požadavky zákazníků.

Pro optimalizaci využití stroje se polotovary před zahájením výroby zahřívají v topné stanici na procesní teplotu. (Zdroj: Hermle)

V praxi to potom funguje tak, že po dokončení přípravných prací odešle zákazník svůj polotovar do společnosti Hermle Maschinenbau v Ottobrunnu. Až 95 % práce je založeno na polotovaru, který si zákazník může sám připravit na své frézce. Díly přicházejí s vyfrézovanými chladicími kanálky nebo kapsami pro nanášení mědi. Tým zkontroluje přesnost rozměrů polotovaru a to, zda byly dodrženy specifikace konstrukce. Na kapsách nesmí být například žádné zkosené hrany. Pro nanášení prášku jsou potřeba ostré hrany.

Po vyfrézování kapes nanese stroj C 42 U MPA měděný prášek. Na závěr se opět ubere přebytečný materiál. (Zdroj: Hermle)

Před zahájením procesu přichází díl do topné stanice a zahřívá se na teplotu asi 300 °C. Protože i když se materiál nesvařuje, nejde to úplně bez teploty: pro lepší tažnost je nutné zahřát substrát i kovový prášek. Energie k urychlení prášku se čerpá z vodní páry. Když obě komponenty projdou tryskou, prášek dosáhne potřebné nadzvukové rychlosti. Aby teplota zůstala konstantní i během obrábění, MPA 42 ohřívá díl až do úběru poslední třísky. Tímto způsobem se zabrání teplotním gradientům, které způsobují napětí, praskliny nebo deformace.

Po integraci funkčních komponent do dílů pomocí metody MPA převezme zákazník hotový tvar výrobku. (Zdroj: Hermle)

Při výrobním procesu se materiál střídavě nanáší a třískově obrábí. Po nanesení prášku se do nového materiálu vyfrézují detaily, jako jemná žebra, chladicí kanálky se naplní kovovým materiálem rozpustným ve vodě a nanášením metodou MPA se zase uzavřou vrstvou oceli. Výplňový materiál můžeme později vypláchnout ve vodní lázni a získat tak požadované dutiny. Rychlost nanášení prášku na díl je 200 až 400 cm3.h–1, u mědi je to téměř tisíc.

Od roku 2014 nabízí Hermle Maschinenbau své služby z Ottobrunnu. (Zdroj: Hermle)

MM: To je opravdu impozantní. Bude tato služba dostupná také pro české uživatele?

P. Němeček: Určitě ji mohou využít i čeští zákazníci. Všechny procesy od poradenství, optimalizace a testování proveditelnosti až po analýzu materiálu a závěrečnou kontrolu kvality jsou však realizovány interně ve společnosti Hermle Maschinenbau v Ottobrunnu. Pouze tak je zabezpečena agilita a ochrana vlastního know-how i know-how zákazníků. Rozsáhlé výrobní kapacity poblíž Mnichova nabízíme již několik let a exkluzivně pro zákazníky Hermle touto patentovanou metodou vyrábíme velkoobjemové díly.

MM: Děkuji za rozhovor.

Stroj MPA 42 kombinuje aditivní nanášení materiálu s vysoce přesným třískovým obráběním.
Související články
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.

Současný vývoj v oblasti řezných nástrojů

Vývojové trendy v segmentu obráběcích řezných nástrojů jsou navázány na progresi ve strojírenské výrobě a reagují na aktuální potřeby průmyslu. Výzkum a vývoj již dlouhodobě soustřeďuje svou pozornost na vývoj řezných materiálů, systémů povlakování, konstrukce moderních nástrojů využívajících princip minimálního mazání a chlazení MQL, koncepty inovativních upínacích soustav. V současnosti jsou rozvíjeny technologie pro inteligentní výrobu s aplikací předností Průmyslu 4.0, včetně automatizace výrobního procesu, sběru dat o zařízeních, procesech a vyráběných dílcích. Na veletrhu EMO Hannover 2019 byly společnostmi představeny chytré technologie a řešení inteligentního řízení procesu obrábění. Digitalizace a konektivita jsou nyní důležitější než kdykoliv předtím.

Zcela jiné možnosti s aditivními technologiemi

Nadnárodní společnost General Electric napříč všemi svými dceřinými společnostmi neustále prohlubuje obrovské know-how. Vlastní zkušenosti s vývojem aditivně vyráběných částí zejména pro potřeby leteckého průmyslu přesahující již dvě dekády daly podnět ke vzniku zákaznického centra. GE Additive otevřela v roce 2017 zákaznické centrum (Customer experience center – CEC) kousek od Mnichova, kde firmám nabízí pomoc s nelehkými začátky s aditivními technologiemi.

Související články
Již druhý hybridní stroj WeldPrint

Kovosvit MAS ve spolupráci s ČVUT vyvinul již druhý tzv. hybridní stroj pod obchodním názvem WeldPrint. Jde o technologii 3D tisku z kovu plně vyvinutou v České republice patřící do kategorie Hybrid Manufacturing (HM). Umožňuje vytvářet kovové dílce navařováním pomocí elektrického oblouku a jejich obrábění v jednom pracovním prostoru s výrazně menšími náklady než u jiných technologií 3D tisku z kovu. Nový stroj bude díky nižší pořizovací ceně dostupnější než jeho předchůdce.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Pod dvou letech opět na EMO do Hannoveru

Od 16. do 21. září 2019 se uskuteční 22. ročník největšího světového veletrhu zpracování kovů EMO. Megaakce se koná opět v Německu, které je po Číně a USA třetím největším trhem obráběcích strojů na světě. Veletrhu se účastní téměř 2 100 vystavovatelů ze 47 zemí světa. Z České republiky se očekává účast 28 firem na ploše necelých 1 700 m2. Na minulý veletrh v roce 2017 přijelo do Hannoveru z České republiky přes 2 200 odborníků.

CIMT Peking, Část 1. Obecný pohled

V předvelikonočním týdnu se v Pekingu uskutečnil veletrh obráběcích strojů CIMT 2019. V asijském regionu se jedná o obdobu veletrhu EMO Hannover. A stejně jako EMO je velkou měrou národní výstava německé výrobní techniky, tak CIMT je převážně čínský. V tomto prvním vstupu se podíváme na letošní ročník trochu s odstupem, aniž bychom se zaměřili na konkrétní exponáty.

Ohlédnutí za MSV 2018

Jubilejní strojírenský veletrh v Brně se i letos nesl ve znamení inovací, technických i technologických novinek (často také světových premiér), ale hlavně v duchu oslav stého výročí založení Československé republiky, takže se také vzpomínalo na historické úspěchy v technice v expozici 100RIES. A není tedy divu, že partnerskou zemí bylo letos Slovensko. Na následujících řádcích přinášíme malé ohlédnutí za veletrhem, kde připomeneme některé exponáty, které v očích naší redakce za zmínku a vzpomínku stojí.

Strojírenské fórum 2018: Zaměřeno na nové technologie a materiály

Příběh pátého ročníku Strojírenského fóra se začal psát 10. května 2018 na půdě Fakulty strojního inženýrství VUT v Brně konferencí na téma moderní výrobní technologie a materiály s důrazem na aditivní výrobu z velké části kovových materiálů a na inovativní aplikace kompozitních materiálů. Na sto účastníků z řad výrobní a akademické sféry vyslechlo na 13 přednášek a následně v pozdních odpoledních hodinách se větší část z nich odebrala na exkurzi po šesti VaV pracovišťích zaměřených na nové technologie. Plný den poznání a nových setkání. Pojďme se k němu vrátit fotoreportáží.

Technologie roku 2018

Další z řady odborných seminářů společnosti Misan v jejím sídle v Lysé nad Labem s názvem Technologie roku 2018 se uskutečnil v únoru ve spolupráci se společností Tungaloy. Hlavními tématy byly automatizace výrobních procesů, monitorování a propojování výrobních strojů a systémů a představení nových výrobních zařízení, nástrojů a technologií, které pak byly následně předvedeny v praktické části semináře při ukázkách obrábění. Bonusem na semináři byla přítomnost chairmana a CEO Okuma Europe a Okuma America Corporation Takeshiho Yamamota a senior manažera z oddělení obchodu Okuma Europe Ralfa Baumanna, kteří poskytli MM Průmyslovému spektru exkluzivní rozhovor.

Aditivní výroba unikátních řezných nástrojů

Aditivní technologie jsou jedním z nosných pilířů Průmyslu 4.0. Od roku 2014, kdy v ČR 3D tisk kovů odstartoval „ve velkém“, byla o této problematice napsána celá řada publikací, díky nimž je tato technologie považována za poměrně známou. Jedním z průkopníků 3D tisku v ČR je firma Innomia, která přinášela informace o technologii DMLS do povědomí českého průmyslu již několik let před tímto zmiňovaných boomem.

Vývoj v oblasti 3D tisku z kovu pokračuje

Již téměř před rokem představila společnost Kovosvit MAS v rámci tradičních zákaznických dnů stroj WeldPrint5X. Na zářijovém strojírenském veletrhu v Brně byla novinka, která kombinuje plnohodnotnou generickou technologii (navařování kovu) a plnohodnotnou subtraktivní technologii pomocí frézování až v pěti osách, oceněna Zlatou medailí. „Ocenění ještě zvýšilo motivaci celého týmu, který na vývoji technologie pracuje,“ říká Petr Heinrich, technický ředitel Kovosvitu MAS. A prozradil, že firma chystá další novinky v oblasti 3D tisku z kovu.

Od aditivních strojů k hybridním zařízením

Zlepšující se funkčnost a výkon hardwaru, široká paleta volby materiálů a stále se zlepšující kvalita vyráběných součástí přispívají k růstu aditivní výroby. Technik ve výrobě tak získává neustále na významu.

3D technologie letem světem

Vývoj 3D technologií dnes již zasahuje téměř do všech oblastí výroby. Uplatnění nachází u kusové výroby, ale dokáže si najít své místo i v sériové a dokonce velkosériové výrobě, kde nemusí jít nutně o samotné výrobky, ale např. o výrobu nástrojů nebo přípravků.

Desatero pro export - Marketingový průzkum poprvé

V dnešním díle našeho exportního seriálu se budeme věnovat marketingovému průzkumu. Ten je základním nástrojem pro posuzování jednotlivých vývozních teritorií a sestavování individuálních exportních plánů. Cílem je vytvořit profily potenciálních trhů, které zahrnou jejich charakteristiky, očekávání a preference. Na základě těchto profilů chceme sestavit klasifikaci atraktivity trhů podle předem určených kritérií. Dalšími cíli jsou analýza konkurence na vybraných trzích, identifikace hrozeb a příležitostí a určení právního rámce a systému autorského práva.

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