Témata
Reklama

Aditivní výroba ve tváření plechů

Trojrozměrný (3D) tisk, označovaný také jako aditivní výroba (additive manufacturing - AM), zaznamenal v poslední době značný rozvoj. Touto technologií je umožněna výroba i velmi tvarově komplikovaných trojrozměrných produktů. Objekty nebo výrobky jsou vytvářeny z podkladu digitálních 3D modelů nebo jiných elektronických datových zdrojů. Aplikační možnosti 3D tisku se s ohledem na progresivní vývoj této technologie jeví jako neomezené.

Dosud se ho využívalo především v prototypové výrobě (tzv. rapid prototyping), nicméně aktuálně si nachází cestu i do výrobních oblastí s vysokou inženýrskou úrovní (letecký a automobilový průmysl, technika ve zdravotnictví apod.) a na druhé straně i do spotřebitelských oblastí (domácnost, móda).

Reklama
Reklama
Reklama

Roste oblast použití

Samotná technologie je založena na postupném vrstvení materiálů, buď natavením speciálních prášků, nebo lepením folií, případně polymerizací tekutých fotopolymerů. Procesních materiálů je v dnešní době celá řada – od obyčejné sádry přes umělé hmoty až po kovy nebo keramiku. Vývoj posledních let také potvrzuje, že lze tuto technologii vhodně využít i pro výrobu dílů v malých a středních sériích, počet rozmanitých aplikací roste a nejedná se již pouze o prezentační modely a vzorky k přípravě výroby.

Hlavní výhodou této technologie je neomezená možnost v tvarovém modelování a váha produktu. V porovnání s konvenčními technologiemi je váha v případě aditivní výroby velmi nízká i při zachování stejných konstrukčních požadavků.

Aktuálním trendem se dnes jeví i vzájemné propojení aditivní výroby s konvečními výrobními technologiemi, tzv. subaktivní technologie, např. na bázi tvářecích postupů, laserového svařování a dalších speciálních metod spojování. Tímto hybridním výrobním procesem (hybrid additive manufacturing) lze vyrábět komplexní díly pro rozmanité oblasti.


Obr. 1. Obloukovitá pružná podložka (vlevo model ze simulace, vpravo 3D barevný tisk)

Vhodné také pro technologie tváření

Také v oblastech tváření nachází aditivní výroba své uplatnění. Příkladem je např. použití pro výrobu nástrojů (rapid tooling). Místo dražšího obrábění na programovatelných obráběcích centrech vycházejících z CAD dat se používají hybridně vyrobené tvářecí nástroje. Tyto nástroje výrazně zkrátí výrobní časy, mají pozitivní dopad na výrobní náklady a umožňují vyrobit i komplikované nástroje. Příkladem mohou být nástroje pro zpracování vysokopevnostních za tepla tvářených ocelí. Tyto nástroje vyžadují vnitřní chladicí systém, tvořený komplikovanými tvary vnitřních kanálů.

Obr. 2. Simulace (vlevo) a 3D barevný tisk tváření segmentu z kulatého výlisku, tl. 6,5 mm (vpravo).

Trojrozměrné modely

Rozvoj 3D tisků se dále rozvíjí do speciálních technologií výroby barevných 3D modelů, laminovaných modelů (LOM) nebo technologie zvané binder jetting (BJ).
Příklady 3D barevných modelů nacházíme i v oblastech tváření. Používají se během procesu výroby nástroje, kdy lze barevně modelovat nebo znázornit jednotlivé stupně lisovacích operací. Zjednodušená vizualizace tvářecího postupu je pak vhodným nástrojem pro detailní analýzu procesu i diskuzi vývojového a nástrojařského týmu. Zároveň významně pomáhá v prezentacích pro zákazníky, kdy nahrazují znázornění na obrazovce. Použití 3D barevné aditivní výroby je vhodné i při hmatatelné vizualizaci výsledků konečněprvkových simulací.

Další významnou oblastí, kde se setkáváme s barevným tiskem, je výroba obalů a běžné jsou dnes již aplikace v architektuře nebo ve specifickém odvětví – v archeologii –, kde jsou nálezy rekonstruovány nejenom se svojí geometrií, ale i barevnou strukturou.

Pro výrobu 3D barevných modelů se používají tři postupy jejich výroby, viz tab. 1 Přehled 3D barevných tisků. Základem je zpravidla virtuální model získaný v konstrukčním CAD systému, CAE systému nebo data z 3D digitalizačních technologií, tedy ze skenování daných objektů. Tiskárna komunikuje prostřednictvím těchto systémů jednoduchým formátem STL. Pro simulační techniku je nutný další krok, v němž jsou načtena CAD data činných ploch nástroje do simulačního softwaru, a následuje výpočet a vizualizace požadované veličiny, např. napětí, stupeň deformace, ztenčení, teploty nástroje apod. Po ukončení výpočtu se údaje ze simulací předávají do datové přípravy 3D tiskárny. Protože STL formát je vhodný pouze pro geometrické údaje, používá se pro znázornění textury povrchu formát VRML (virtual reality modeling language).


Pro zvětšení klikněte na tabulku.

Pro tyto případy lze využít například tiskárnu 3D Drucker Projet 660 Pro od firmy 3D-Systems. Model byl vytvořen na principu binder jettingu (BJ). Stavební prostor tiskárny má rozměry 254 x 381 x 203 mm. Hlava pro barevný tisk dokáže definovat až 390 000 barev, při rozlišení 600 x 549 DPI. Jako stavební materiál lze použit práškovitý vysokovýkonný kompozit ze sádry a polymeru. Tloušťka vrstvy se pohybuje mezi 0,089 až 0,102 mm. Po 90 minutách je možné odsát přebytečný prášek a v komoře vysokotlakou pistolí vyfoukat jeho zbytky. Následuje konečné opracování ponořením do epoxidové pryskyřice nebo politím kyanoakrylátem, což zlepší pevnost a kontrast modelu.

Pro názornost jsou uvedeny vždy v pravé části obrázku 3D barevné modely a v levé pak výsledky simulací. Na obr. 1 je uveden tento příklad pro obloukovitou pružnou podložku. Na obr. 2 je uvedeno tváření plechu o rozměrech 150 x 105 x 46 mm a tloušťce 6,5 mm. Z důvodu symetričnosti a rozměrovosti je znázorněna pouze výseč objektu. Na obr. 3 je uvedena opět výseč symetrického dílu o rozměru 50 x 26 x 16 mm, pro kterou byla provedena simulace.

Obr. 3. Údaje ze simulace (vlevo) a 3D barevného tisku segmentu náboje (vpravo)

V současné době se realizují experimenty s 3D barevným tiskem i v objemovém tváření. Lze tak barevně vizualizovat různá stadia tváření kovacího procesu například u ozubeného kola. Možná jsou také znázornění průběhu teplot ve všech stadiích kovacího procesu z kulatého polotovaru. Nutné je řešit potřebná rozhraní, vhodnou velikost zvětšení či zmenšení. U velikých výlisků je možné rozdělení na segmenty, tak jako na příkladech na obrázcích 2 a 3. Dále je možné modelování struktury.

V budoucnu se budou řešit technologie 3D tisku i jinými způsoby, než jsou uvedeny v tab. 1. Nezanedbatelné je rovněž cenové porovnání získaných 3D barevných modelů.

K vypracování tohoto příspěvku bylo využito informací ze společnosti Škoda Auto a sborník z konference EFB Europäische Forschungsgesellschaft für Blechverarbeitung konané ve Fellbachu 12. a 13. dubna 2016, Tagungsband T42 Prozesstechnik in der Blechverarbeitung – Interaktion Maschine/ Werkzeug ISBN 978-3-86776-477-3.

ČVUT v Praze, Fakulta strojní, Škoda Auto

Doc. Ing. Jan Šanovec, CSc., Ing. Tomáš Pilvousek, IWE

sanovecjan@centrum.cz

Tomas.Pilvousek@skoda-auto.cz

https://www.fs.cvut.cz/

//www.skoda-auto.cz/

Reklama
Firmy
Související články
Lehké konstrukce automobilů - hybridní materiály

Automobilový průmysl je specifické odvětví, které je významně poháněno společenskými tlaky na ekologický provoz vozidel, tedy na snižování emisní zátěže i obecné spotřeby pohonných hmot a kontinuální vývoj elektromobility. Tyto trendy se dotýkají jak konstrukce vozu, tak i technologické zpracovatelnosti jednotlivých komponentů. Jenom v horizontu 10 let se předpokládá redukce dílů z oceli o 20 % a jejich nahrazení speciálními materiály na bázi kompozitu.

Jsou smíšené konstrukce dočasně za svým zenitem?

Nikdo nenamítá proti oprávněné potřebě lehkých konstrukcí v dopravě, aeronautice, obalové technice a u pohyblivých částí strojů, systémů a zařízení. Avšak jsou smíšené konstrukce s plasty vyztuženými vlákny v současnosti opravdu za svým zenitem?

Made in Česko - Romantické tóny z Hradce Králové

V roce 1948 byla doslova ze dne na den znárodněna česká firma Petrof vyrábějící dokonalé, světově proslulé klavíry. Její majitel, dědeček dvou dam a pradědeček třetí, tedy těch, které v současné době firmu úspěšně vedou, musel tehdy okamžitě svoji továrnu opustit. O dlouhou řadu let později se, nejen díky revoluci, ale i díky nezměrnému úsilí jeho samého i jeho potomků, podařilo firmu, která figuruje na předním místě mezi českým „rodinným stříbrem“, vrátit do rukou rodiny Petrofů.

Související články
Špičkové technologie dnes i zítra

Společnost Trumpf je renomovaný výrobce technologií na zpracování plechů a profilů a laserů pro průmysl. Výrobní historie se pomalu blíží celé stovce let a česká pobočka s obratem zhruba sto milionů eur za rok patří k důležitým průmyslovým hráčům nejen na českém trhu. Bylo proto jasnou volbou požádat ředitele společnosti Trumpf Praha Romana Haltufa, aby čtenářům MM Průmyslového spektra prozradil, kam se vývoj v tomto nepostradatelném oboru za minulá léta posunul.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Oscilující paprsek laseru pracuje přesněji

Univerzálním nástrojem naší doby je laser, kterým je možné bezdotykově opracovávat téměř všechny materiály. Ještě lépe a přesněji se podaří materiály řezat nebo gravírovat, když paprsek laseru kmitá.

Lehké konstrukce automobilů - sendvičové materiály

O prodejnosti a úspěšnosti vozidla v silném konkurenčním prostředí dnes rozhoduje z velké míry tvar a funkčnost karoserie. Mezi technickým vybavením jednotlivých výrobců dnes není propastný rozdíl a proto první, čím automobil promlouvá k zákazníkovi, jsou právě silueta vozu, linie hran, elegance i vizuální dynamika. Na karoserii jsou proto kladeny náročné požadavky v řadě případů z hlediska technologie výroby protichůdné.

Lehké konstrukce karoserií osobních automobilů

Rostoucí požadavky na snižování spotřeby pohonných hmot a emisní limity vytvářejí soustavný tlak na snižování hmotnosti karoserií. Druhou alternativou, která se nadále rozvíjí, je rozšířené nasazení alternativních hybridních pohonů automobilů, zejména kombinace spalovacích motorů s elektropohony. Nedodržení emisních limitů osobních automobilů 95 g/100 km by mělo být od roku 2020 navíc finančně postihováno. Jak ukazují aktuální problémy koncernů Volkswagen Group a Citroen, je tato problematika rozšířena ještě o NOx. Je však zřejmé, že se to týká prakticky všech výrobců osobních i nákladních vozů. Tato problematika je zásadní s ohledem na vyráběné množství. V konstrukci letadel, raket a vesmírné techniky je řada nových výrobních technologií již delší dobu používána. Je to nejenom otázka vhodných materiálů, jejich dostupnosti a možností použitých výrobních technologií. V souvislosti s lehkými konstrukcemi všechny tyto oblasti stojí před dlouhodobým a zásadním rozvojem.

Laserové řešení pro plastikářský průmysl

Konvenční technologie opracování plastů již v mnoha případech nevyhovuje požadavkům koncových uživatelů. Moderní lasery posouvají kvalitu výroby plastů na zcela novou úroveň. Lastic představuje implementaci nejmodernějších laserových technologií a ergonomického ovládání do jediného produktu, jenž je navržen tak, aby jeho aplikace do stávajících výrobních linek byla zcela bezproblémová.

Chytré stroje přivádějí továrny k životu

Bezpečné balicí stroje připojené k Ethernetu zvyšují produktivitu, zlepšují flexibilitu, snižují komplexnost konstrukce a řeší problémy pracovníků v provozu.

Nanovlákenná membrána v oknech ochrání stroje i pracovníky

Zatímco o smogu v ulicích se vedou časté debaty, znečištěný vzduch v interiéru patří k opomíjeným tématům. A to i přesto, že podle Světové zdravotnické organizace stojí život 4,3 milionu lidí ročně a v průmyslových objektech ohrožuje jak zdraví pracovníků, tak samotný provoz. Díky rozvoji moderních technologií nyní interiér účinně ochrání nanovlákenná okenní membrána.

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.

Finance pro podnikání - Zaostřeno na úspory energie

„Je lepší dobrý úvěr a podpora úvěru než dotace. Jen tak se prokáže životaschopnost projektu.“ To jsou slova Ing. Vladimíra Fabera, zakladatele a dnes předsedy dozorčí rady české strojírenské společnosti FMP.

Cena MM Award na EMO 2019

Také v roce 2019 došlo na udílení cen MM Award. Jedná se o oficiální a jediné ceny udělované na veletrhu EMO. Porota i letos vybírala z mnoha přihlášených exponátů, nejen německých výrobců. Do užšího výběru se jich dostalo jen pár, a nakonec bylo rozdáno pět hlavních cen v pěti kategoriích. S prázdnou neodešly ani firmy, jejichž produkty se ocitly na druhém a třetím místě. I v tomto roce došlo k jistému „posunu“ ve vnímání obsahu jednotlivých kategorií, a tedy i oceněných produktů. Pojďme se podívat na vítězné exponáty podívat jednotlivě. Je to lehký nástin toho, jak EMO vidí němečtí kolegové.

Výuka a výzkum aditivních technologií

Inovativní výrobní technologie nacházejí své místo také v technickém vzdělávání. Do svých osnov je dříve či později zakomponovaly všechny technické vysoké školy. Avšak pořízení nákladných technologií se neobejde bez podpory ze strany průmyslového výzkumu. Na Fakultě strojní ČVUT v Praze nyní disponují úplně novým zařízením M2 cusing pro výrobu dílů metodou DMLS německého výrobce Concept Laser, dnes působící pod značkou GE Additive. Stroj dodala společnost Misan a technologie slouží primárně pro výzkum v leteckém průmyslu.

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