Témata
Reklama

Hledání příležitostí pro aditivní výrobu

Přestože aditivní výroba našla teprve svá první aplikační využití, očekává se její výrazný rozvoj. Jen v letošním roce by mělo být prodáno o 30 % více strojů pro tento druh výroby než v loňském roce, s obratem přesahujícím sedm miliard dolarů. Ovšem existuje zde řada bílých míst – jak z pohledu možných průmyslových aplikací, tak samotné technologie.

Podle definice je aditivní výroba proces spojování materiálu k vytváření objektů z dat 3D modelu, obvykle vrstvu na vrstvě, na rozdíl od subtraktivních metod výroby. Dělí se do sedmi tříd podle normy ASTM F2792. Ponecháme-li stranou díly plastové, pro kovové zůstávají kategorie tři.

Reklama
Reklama
Reklama
Robotizované pracoviště pro laserové navařování kovových prášků

Způsoby aditivních procesů

Metoda PBF (powder bed fusion) zahrnuje všechny způsoby přetavení kovového prášku laserovým nebo elektronovým paprskem selektivně rozmítaným po povrchu vrstvu po vrstvě (v desítkách mikrometrů). Tento způsob je již dobře adaptovaný v leteckém průmyslu, medicínských aplikacích nebo při výrobě chlazených forem pro vstřikování plastů. Nevýhodou je limitovaná velikost dílu a prozatím i značné výrobní náklady. Ty jsou postupně minimalizovány použitím více laserových paprsků v jednom stroji nebo jejich vyšším výkonem (původně 400W lasery jsou nahrazovány kilowatovými).

Detail trysky při nanášení a natavování kovového prášku

Druhou možností jsou metody přímého účinku energie DED (directed energy deposition), kde se využívají výkonové lasery k přetavování prášku nebo drátu přiváděného do osy paprsku. Pokud je tato technologie implementována přímo do CNC obráběcího stroje, dostáváme se do třetí hybridní kategorie. Pokud sledujete vývoj v této oblasti, pak víte, že prakticky každá firma vyrábějící obráběcí stroje vystavuje na veletrzích nějakou modifikovanou verzi takového stroje.

Jak bylo naznačeno v úvodu, existuje několik výrazných aplikací zaměřených na výrobky z drahých a těžko obrobitelných materiálů. Příkladem může být třeba výroba šnekových podavačů plastů v potravinářském průmyslu. Laserem připravené šneky mají v porovnání s HVOF povlakováním třikrát delší životnost, v porovnání s nitridací vydrží až osmkrát déle. Je zřejmé, že podobných příležitostí je kolem spousta. Jako každá nová technologie je i aditivní výroba odsouzena k postupnému překonávání námitek technologů, konstruktérů, manažerů. U každé zásadnější změny výroby je nutné změnit také způsob myšlení a technologické postupy.

Na rozdíl od subtraktivních metod výroby je aditivní výroba proces spojování materiálu k vytváření objektů z dat 3D modelu, obvykle vrstvu na vrstvě.

Mnoho neznámých

Musíme si přiznat, že řada otázek zůstává nezodpovězena. Technologie aditivní výroby má řadu proměnných parametrů. Množství dodaného tepla závisí na výkonu paprsku, jeho průměru i rychlosti pohybu. Prášky se liší podle výroby, tvaru, velikosti, často i v chemickém složení, což má vliv na výslednou kvalitu. Problémy jsou i s pórovitostí, přítomností vodíku. Strategie postupu spékání, tvorby podpěr, orientace dílu atd. jsou důležitým a chráněným know-how. Všechny uvedené parametry ovlivňují výsledné vlastnosti, zejména s ohledem na hromadění vnitřních pnutí, deformací, trhlin. Známé jsou odchylky v pevnostech v závislosti na orientaci dílu, téměř nic však nevíme třeba o únavovém chování při cyklickém zatěžování. Velké rychlosti ohřevu i chladnutí vedou k netypickým nerovnovážným fázovým transformacím, jemnozrnnosti, v nástrojových ocelích nejsou k nalezení některé obvyklé typy karbidů atd. Je to možné vysvětlení pro leckdy výborné třecí vlastnosti.

Přehnaná očekávání nejsou namístě, stejně jako předčasné odmítnutí. Je zde spousta práce a výzkumu, které je potřeba provést pro pochopení a zvládnutí této technologie napříč všemi strojírenskými obory. Jak se však ukazuje, cíleně orientovaný výzkum na konkrétní díly a použití přináší ovoce již dnes.

Raptech

Stanislav Němeček

nemecek@raptech.cz

www.raptech.cz

Reklama
Vydání #4
Kód článku: 170473
Datum: 12. 04. 2017
Rubrika: Monotematická příloha / Moderní výrobní technologie
Autor:
Firmy
Související články
Technologie DMLS - 3D tisk kovů

Moderní technologie vyrábějící 3D objekty přímo z 3D CAD modelů zažívají v posledních letech obrovský rozmach, který svědčí o tom, že se podařilo výrobcům 3D tiskáren dosáhnout kvality a efektivity procesů tak vysoké, že dnes již směle konkurují dlouhodobě zavedeným konvenčním výrobním postupům a mnohdy je dokonce předstihují. Uvedená skutečnost platí dvojnásob pro 3D tisk kovů, který je široce uplatňován v rozmanitých oborech výroby od průmyslu až po zdravotnictví.

Integrovaná aditivní výroba

Společnost WFL Millturn Technologies zahájila intenzivní vývoj aditivní výroby již před více než rokem. Novou variantu laseru pro stroj M80 Millturn/3000 mm představila na Technologickém setkání v Linci. Tento vývoj přidává zcela novou kapitolu k historii komplexního obrábění.

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
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.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
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.

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.

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.

Kombinace technologií slévání a 3D tisku

Aditivní technologie přinášejí do oboru slévárenství nový pohled na věc a výrazně ovlivňují nejen proces výroby odlitků, ale i myšlení pracovníků ve slévárnách. Aditivní výroba zásadním způsobem mění zavedené pracovní postupy, systémy práce s výrobní dokumentací, technickou přípravu výroby a technologii výroby odlitků. Mění také možnosti konstrukce odlitků včetně jejich tvarové náročnosti. Proto můžeme bez přehánění tvrdit, že celou slévárnu a její postup výroby odlitků lze vměstnat do jednoho stroje - 3D tiskárny na kovy.

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.

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?

V nejisté době je univerzálnost řešením

Automatizace průmyslových procesů řeší problémy s nedostatkem kvalifikované pracovní síly, nahrazuje fyzicky namáhavou či zdravotně škodlivou činnost, snižuje chybovost lidského faktoru, zkracuje výrobní časy a v konečném důsledku přispívá ke zvýšení kvality a zisku. Nejen toto je pro ředitele společnosti Acam Solution Ing. Pavla Bortlíka a jeho tým motivace, ale i zábava. Za relativně krátkou dobu na trhu se firma stala, ať už napřímo, či přes své obchodní partnery, dodavatelem společností jako Volkswagen, Toyota, Olympus, Škoda Auto, Edwards, TE, BOSH, Heinze Gruppe, Woco STV či Fanuc a nyní přichází s řešením vhodným nejen pro velké výrobce, ale také pro malé a střední podniky – s univerzální robotickou buňkou HXG. Důležitým komponentem v této buňce je mimo jiné systém pro upínání nulového bodu VERO-S od společnosti Schunk.

Kovové materiály zítřka

Inženýrská akademie ČR je organizace sdružující lidi, jejichž společným zájmem je podpora technického rozvoje, výzkumu, vzdělávání a inovací. V jejích řadách najdeme špičkové odborníky z nejrůznějších technických oborů. V našem seriálu dáváme postupně slovo těm z nich, jejichž oblasti působnosti mohou být pro čtenáře MM Průmyslového spektra zvláště zajímavé.

Obrábění těžkoobrobitelných materiálů

Stále rostoucí požadavky výrobců proudových motorů vyžadují kontinuální vývoj žárupevných materiálů. Klasické metody obrábění jsou zde na hranici svých možností, efektivní alternativou je elektroerozivní řezání drátovou elektrodou.

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