Témata
Reklama

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.

Aditivní technologie jsou neodmyslitelně zastoupeny i ve výzkumném centru Regionálního technologického institutu (RTI) při Fakultě strojní na Západočeské univerzitě v Plzni. Zmiňovaný kovový tisk je zde zaměřen do oblasti základního, ale i aplikačního výzkumu a smluvního výzkumu. Díky tomu, že je priorita na vědeckém základu, který je podpořen moderním vybavením na špičkové úrovni, je možné každou tiskovou úlohu řešit komplexně, tj. od materiálových analýz přes mechanické vlastnosti a tepelné zpracování až po hotový výrobek „ušitý na míru“. Za tímto uceleným řešením stojí tým odborníků, který se specializuje na jednotlivé dílčí oblasti.

Reklama
Reklama

Když se dají hlavy dohromady

Samotný 3D tisk technologií DMLS na zařízení EOS M290 zaštiťuje Laboratoř experimentálního obrábění, která se mimo jiné zaměřuje i na výrobu řezných nástrojů, jejich testování a monitorování topologie povrchu řezného, ale i obráběného materiálu. Propojením všech výzkumných aktivit Laboratoře vznikl unikátní nástroj patentovaný Úřadem průmyslového vlastnictví a registrovaný u Evropského patentového úřadu, interně nazývaný Kraken.

Unikátní řezný nástroj z Laboratoře experimentálního obrábění je interně nazývaný Kraken.

Tento nástroj je unikátní právě díky tomu, že byl vyroben technologií 3D tisku. Jiným způsobem je tento jedinečný produkt nevyrobitelný. Prutová konstrukce je zcela novou koncepcí v oblasti řezných nástrojů s vyměnitelnými břitovými destičkami (VBD). Tvarově složité chladicí kanálky přivádějící procesní kapalinu přesně do místa řezu zaručují efektivní chlazení čela nástroje, ale především hřbetu, což zvyšuje unikátnost nového nástroje. Toto řešení poskytuje i řadu dalších výhod, např. výrazné materiálové úspory (více než 50 % hmotnosti oproti standardním nástrojům) při zachování celkové tuhosti a pevnosti, univerzální použití, vyšší produktivitu obrábění, optimalizované chlazení, zvýšení trvanlivosti nástroje, zkrácení výrobních časů nebo snížení celkových nákladů na obrábění.

Při výrobě bylo využito topologické optimalizace, která je typická pro aditivní výrobu. Pro zmíněnou patentovanou hlavu o průměru 125 mm byla aplikována tzv. bionická metoda, jež využívá geometrie přírodních tvarů.

Dalším způsobem, jak zachovat požadované mechanické vlastnosti a zároveň minimalizovat hmotnost dílů, je využití porézních struktur. Obvykle jsou struktury implementovány do vnitřní části odlehčované součásti, přičemž vnější obal zůstává zachován. Tyto speciální konstrukční prvky lze využít např. pro utlumení vibrací nebo pro objemové chlazení. Existuje celá řada typů porézních struktur. Při jejich návrhu a použití je potřeba myslet na jejich správnou orientaci v závislosti na funkci a zatěžování vyplňované součásti a na to, zda je struktura danou technologií vyrobitelná. Laboratoř experimentálního obrábění se implementací porézních struktur do funkčních součástí intenzivně zabývá. Příkladem je např. vývoj speciální odlehčené frézy (pro ukázku vytištěno v řezu).

Speciálně odlehčená fréza je výsledkem vývoje implementace porézních struktur do funkčních součástí.

Výzkum materiálů pro AM

Pro zaručení spolehlivosti takto dynamicky namáhaných dílů, kterými řezné nástroje bezesporu jsou, byl proveden rozsáhlý výzkum materiálových a mechanických vlastností nástrojové oceli W.Nr. 1.2709, obchodně označované MS1. V první fázi byl zkoumán vstupní materiál, tedy prášek, z hlediska tvaru, velikosti a rozložení velikosti zrn během procesu spékání. Na základě provedených analýz a testů byly formulovány nové, dosud nepublikované závěry.

Dále byla pozornost věnována porovnání struktury tištěného a konvenčního materiálu vč. modifikace struktury ovlivněné tepelným zpracováním. Rozsáhlé materiálové analýzy a testy mechanických vlastností ukázaly, že pro vysoce zatěžované tenkostěnné díly je vhodné používat výhradně nový prášek, čímž se značně eliminuje výskyt „nečistot“ ve struktuře. Pro objemnější díly lze spolehlivě používat prášek přesetý, tj. takový, který v předchozím procesu obklopoval vytištěnou součást a následně byl přeset na sítě s doporučenou velikostí oka. V tomto případě nežádoucí vměstky vzhledem ke své velikosti neovlivňují spolehlivost součásti výrazněji než v konvenčně vyráběném materiálu.

Následně byly porovnávány struktury tištěného a konvenčního materiálu.
Detailně byly zkoumány materiálové a mechanické vlastnosti prášku nástrojové oceli W.Nr. 1.2709, obchodně označované MS1.Následně byly porovnávány struktury tištěného a konvenčního materiálu.

Na základě materiálových rozborů ve spojení s výsledky ze statických, dynamických a cyklických zkoušek byla v Laboratoři experimentálního obrábění vytvořena rozsáhlá interní znalostní databáze o materiálu W.Nr. 1.2709 a jeho mechanických vlastnostech podpořených definovaným tepelným zpracováním. Ukázalo se, že tištěné díly dosahují srovnatelných mechanických vlastností jako díly konvenčně vyráběné. Samozřejmostí je přitom dodržení všeobecně uznávaných zásad a pravidel 3D tisku a vysoká kvalifikovanost všech zaměstnanců, kteří se na konečném produktu podílejí.

Za úspěchy může celý tým

RTI je uznávanou výzkumnou organizací v oblasti aditivních technologií. Svědčí o tom i fakt, že Laboratoř experimentálního obrábění je původcem několika patentů, užitných vzorů, ověřených technologií a v poslední době jsou vybraní členové osobně zváni k odborným přednáškám na konference o 3D tisku s celosvětovou účastí. Krom zmíněného výzkumu maraging oceli W.Nr 1.2709 se pracoviště zabývá výzkumem materiálových a mechanických vlastností slitiny Inconel 718 a nerezové oceli označované 316L s ohledem na užitné vlastnosti dílů. Tyto činnosti jsou realizovány v rámci interních, ale především národních a mezinárodních projektů zaměřených na základní badatelský výzkum, aplikovaný výzkum a experimentální vývoj. Tyto aktivity mohou být efektivně prováděny především díky tomu, že se na nich podílí kvalifikovaný multioborový tým výkumníků složený z odborníků na technologii, materiály, mechanické zkoušení a monitorování procesu a to vše tzv. pod jednou střechou.

Ing. Ivana Zetková, Ph.D.

zetkova@rti.zcu.cz

https://rti.zcu.cz/

Reklama
Vydání #4
Kód článku: 180464
Datum: 11. 04. 2018
Rubrika: Trendy / 3D technologie
Autor:
Firmy
Související články
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.

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.

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.

Související články
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.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
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.

Horké komory pro práci s radioaktivním materiálem

V Řeži u Prahy bylo vybudováno nové výzkumné centrum, jehož součástí byla také výstavba kom-plexu horkých komor. Účelem výstavby bylo vytvořit pracoviště pro bezpečnou práci s vysoce radi-oaktivním materiálem. Po pěti letech budování se na začátku roku 2017 podařilo úspěšně zahájit aktivní provoz laboratoří, které jsou schopné zpracování, mechanického testování a mikrostrukturní analýzy radioaktivních materiálů (tlakové nádoby, vnitřní vestavby reaktorů, pokrytí paliva) s aktivi-tou až 300 TBq 60Co, materiálů pro reaktory III. a IV. generace a fúzní reaktory.

Hlavní trendy EMO Hannover 2017 očima výzkumníků

Hannoverský veletrh EMO je právem považován za výkladní skříň toho nejlepšího, co inovační týmy světových leaderů i jejich následovníků navrhli a v prototypech či již sériově nabízejí. Sektor výrobních strojů bývá na špici technického pokroku v oblasti strojírenství a udává směr dalším oborům, které jej následují. U nás má velkou tradici a není proto s podivem, že letos do Hannoveru zavítalo na 2 200 českých návštěvníků.

Moderní technologie v mechanice

Vyškovský výrobce teleskopických krytů, kapotáží a jiných výrobků z plechu firma Hestego společně se svojí sesterskou společností KSK Precise Motion, kuřimským výrobcem kuličkových šroubů, uspořádali pro své zákazníky a dealery z tuzemska i zahraničí Technický open house. Během třech dní se této akce zúčastnila celá řada návštěvníků z Německa, Rakouska, Švýcarska, Itálie, Turecka, Ruska, Polska a dalších zemí, kteří využili pozvání a nahlédli tzv. pod pokličku technického rozvoje a výroby samotné. Naše redakce byla též přítomna, a tak vám přinášíme malé poohlédnutí.

EMO Hannover 2013: část 8 - upínání obrobků

V tomto vydání se již naposledy v ucelené monotematické retrospektivě poohlédneme po loňském veletrhu obráběcí techniky EMO Hannover. Autor tohoto příspěvku se zaměřil na problematiku upínání obrobků. A co nového v této oblasti firmy nabízejí? Čtěte dále.

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.

Odlehčovací optimalizace 3D tištěné frézy

Vývoj v oboru obrábění se tradičně potýká s mimořádným dynamickým zatížením soustavy na straně jedné a požadavky na přesnost a produktivitu obrábění na straně druhé. Nalezení takové konstrukce nástroje, která odolá extrémním provozním podmínkám, a přitom umožní proces obrábění urychlit, může vést k zefektivnění výrobního procesu. Příkladem toho může být vývoj odlehčené frézovací hlavy. Dosavadní konstrukce obráběcích nástrojů vycházely z jednolitých plných tvarů zaručujících vysokou tuhost na úkor dynamických vlastností nástroje. Změnou vnitřní struktury je však možné najít optimum mezi těmito protichůdnými požadavky.

Vliv složek ochranných atmosfér na WAAM

Svařování v současné době není už pouze technologií ke spojování materiálů. S rozvojem aditivní výroby strojních součástí lze tento proces využít také pro výrobu komplexních a geometricky složitých součástí. Technologie WAAM využívá svařování pro vrstvení jednotlivých svarových housenek do tvaru vyráběné strojní součásti a je charakterizována mnoha proměnnými – mimo jiné i účinky ochranné atmosféry. Cílem příspěvku je zhodnotit vliv jednotlivých složek ochranných atmosfér používaných pro MAG svařování.

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
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