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.

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.

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
MM Podcast: Každé vítězství má svůj příběh

Olga Girstlová byla v 90. letech nepřehlédnutelnou součástí vznikajícího podnikatelského prostředí tehdejšího Československa. Společně se svým otcem a manželem založili v květnu 1990 společnost GiTy. Vsadili na komoditu s obrovským potenciálem technologického růstu. Po 15 letech manželé Girstlovi však dospěli k rozhodnutí společnost prodat a dále se věnovat jiným komoditám, jako například ekologickému stavitelství. 

CIMT 2021 plně prezenční

Zatímco je celý svět paralyzovaný restrikcemi proti šíření koronaviru covid-19, v Pekingu byl dnes zahájený veletrh obráběcích a tvářecích strojů China International Machine Tool Show CIMT 2021 v plné prezenční formě a téměř shodného rozsahu, jako ročníky předešlé. Ve stejný den a po celý týden, jako Hannover Messe Digital Edition – průmyslový veletrh v plně digitální platformě.

Hannover Messe 2021

Inovace, vytváření sítí a sdílení zkušeností ve věku průmyslové transformace – to jsou klíčová motta, která představují letošní ročník digitálního Hannover Messe, na kterém více než 1 800 vystavovatelů představí svá řešení pro výrobu a energetické systémy budoucnosti. Od umělé inteligence po robotiku, od ochrany klimatu po vodík. Nejdůležitější světový průmyslový veletrh plní svoji roli jako inovační a síťová platforma a vytváří uprostřed koronové pandemie globální platformu pro výměnu zkušeností v době průmyslové transformace.

Související články
MM Podcast: Glosa - God Save the Queen

V naivní představě ekonomického perpetuum mobile zaměstnáváme v poměru k reálné ekonomice nejvyšší počet lidí ve státní a veřejné správě v rámci nejrozvinutějších zemí OECD. Rakovinotvorný rozbujelý a nevýkonný úřednický aparát, vědomě bojkotující vznik e-státu, dokonale paralyzuje správu věcí veřejných. A jeho solidarita s aktuálně zdecimovaným privátním sektorem? Home office na 100 % mzdy, její valorizace, statisícové odměny na MF za ušetřené miliardy (…). 

Související články
V hlavní roli strojař

Fakulta strojní VŠB-TUO se pro letošní rok v rámci náborové kampaně vrací k úspěšné sérii V hlavní roli strojař. Kampaň komunikuje myšlenku, že strojaři jsou hvězdy hrající hlavní roli v moderním světě. Jejím cílem je zlepšit vnímání oboru strojírenství, posílit brand fakulty, a samozřejmě také nalákat uchazeče ke studiu strojařiny.

Chytrá kombinace systémů

Vývoj obráběcích technologií v minulém století nabral na obrátkách. Dnes jsme tuto technologii dotáhli téměř k dokonalosti – jsme schopni vyrobit předměty libovolných tvarů v přesnostech na tisíciny milimetru. Dalo by se říct, že pro zlepšení zde už příliš prostoru nezbývá, přesto nás přední výrobci obráběcích strojů a nástrojů pravidelně přesvědčují o opaku. Progresivní a inovativní přístup společnosti Ceratizit je toho jen dalším důkazem. Nedávno na trh uvedla přesnou vyvrtávací hlavu Komflex z produktové řady Komet, která umožňuje automatickou korekci průměru v případě vyvrtávání přesných otvorů. Jak to nástroj dokáže, upřesňuje v následujícím rozhovoru technický ředitel společnosti Ceratizit Česká republika Ing. Jan Gryč.

MSV ve znamení materiálů i technologií

Všichni, kdo máme něco společného se strojírenstvím, pevně věříme, že se v letošním roce opět otevřou brány brněnského výstaviště pro Mekku strojařů z celého světa – Mezinárodní strojírenský veletrh. Na MSV se letos, mimo lidi z dalších oborů, setkají i výrobci plastů a též špičkových zařízení pro plastikářskou výrobu. Na naše otázky odpovídají Pavel Tuláček, jednatel společnosti Gorilla Machines, a David Svoboda, jednatel Sumitomo (SHI) Demag Plastics Machinery Česko.

Názorové fórum odborníků

Respondenty jsme požádali o jejich názor na podobu budoucích technologií. Současná situace přinesla mnoho omezení, mezi jinými postihla také dodavatelské řetězce, znemožnila včasné dodávky do výrobních podniků a přinesla vyšší nároky na bezpečnost zaměstnanců. Jaké nové technologie podle vás mají v současné situaci největší potenciál se prosadit?

Svařování mědi pomocí vláknového laseru

Rychlý rozvoj v oblasti elektromobility vede ke zvýšení poptávky po svařování mědi. To, co ji činí pro danou aplikaci ideální (tj. vysoká elektrická a tepelná vodivost), ji zároveň činí obtížně svařitelnou konvenčními vláknovými lasery. Díky vyšší efektivitě, zhruba dvojnásobné, někteří výrobci zkoušejí používat zelené pevnolátkové lasery. Výsledkem je stabilnější a méně citlivý proces, než jaký byl možný u standardních vláknových laserů.

Procesně stabilní zpracování recyklátů

Do roku 2025 si Evropská unie klade za cíl ročně více než zdvojnásobit používání recyklátů při výrobě plastových výrobků [1, 2]. K dosažení tohoto cíle jsou kromě závazku firem působících na trhu a vyšší kapacity při zpracování plastového odpadu zapotřebí především nové technologie zpracování. Recykláty je nutné používat v daleko větší míře a v ještě vyšších poměrech. S novými procesy vstřikování na jedné straně a inteligentní podporou na straně druhé sleduje výrobce vstřikovacích strojů Engel různé a často velmi slibné přístupy. Výroba boxů a kontejnerů ukazuje na velký potenciál.

Uplatnění kovového 3D tisku

Společnost Misan z Lysé nad Labem se aditivními technologiemi kovových dílů zabývá a tato zařízení v České republice distribuuje už osm let. Dalo by se říct, že je jedním z průkopníků s těmito technologiemi na českém trhu. Z toho pochopitelně vyplývají také její bohaté zkušenosti s touto relativně mladou výrobní disciplínou. Na otázky, kde tyto technologie nacházejí uplatnění a v jakých oblastech mohou vyniknout, jsme se ptali aplikačního inženýra pro kovové aditivní technologie Jana Hudce.

Aditivní výroba velkých dílů

Porto patří k největší průmyslové oblasti Portugalska. Od roku 1956 zde sídlí přední světový výrobce strojů technologie tváření – společnost Adira.

Fórum výrobních průmyslníků

Jaké zásadní problémy vám současná doba přináší do chodu firmy, jak se je snažíte řešit a s jakým výsledkem?

Fórum děkanů strojních fakult

Dnešní otázka je v podobném duchu jako ta z minulého vydání, ale tentokráte míří do rezortu Ministerstva průmyslu. Pokud byste byl jmenován ministrem průmyslu a obchodu, jaký první krok byste ve své funkci realizoval směrem k podpoře aplikovaného výzkumu a vývoje?

Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členy 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