Odborně-vzdělávací a zpravodajský portál z oblasti strojírenství a navazujících oborů
Články >> Hybridní 3D tisk - tisk a obrábění na jednom stroji
Chcete dostávat MM Průmyslové spektrum ZDARMA až do Vaší schránky? Více informací zde.

Hybridní 3D tisk - tisk a obrábění na jednom stroji

K dnešním technologiím už neodmyslitelně patří progresivní rozvoj výroby pomocí kovového 3D tisku. Tato technologie uvolňuje ruce konstruktérům, kteří téměř nejsou limitovaní tvarem součásti, strukturou materiálů atd. Z pohledu výrobního 3D tisk však vytváří řadu nových technických výzev k řešení.

Z materiálového hlediska je u finálního výrobku možné dosáhnout stejných nebo dokonce i lepších mechanických vlastností, než nabízí původně využívaný materiál. Samotné mechanické vlastnosti vytištěného dílu však při celkovém hodnocení nedostačují, pokud se zaměříme na jeho rozměrovou přesnost a kvalitu povrchu. U klasického kovového 3D tisku je úspora času při výrobě dílu značně ovlivněna nutností povrch následně opracovat tryskáním, broušením, leštěním anebo obráběním, jako u klasických kovových materiálů a v případě přesných forem i elektroerozivním obráběním. To nejenže výrobu prodlužuje, ale hlavně prodražuje. Jedná se o nemalé investice do strojního zařízení, kvalifikované obsluhy několika jednotlivých strojů a v neposlední řadě i o náklady na řízení výroby, kontrolu a logistiku v průběhu celého procesu. Kvůli těmto faktorům firmy váhají se zavedením 3D tisku do běžné praxe, protože oproti zažitému způsobu výroby není přínos tak výrazný.

MLSHM – Metal Laser Sintering Hybrid Milling

Logickou odpovědí na potřebu urychlení výroby pomocí 3D tisku při zachování jeho výhod a nutnost dosažení vyšší přesnosti a kvality povrchu je zavedení hybridní technologie – takové, která bude kombinovat více technologií nutných pro přesnou výrobu, ideálně v jediném stroji.

Řešení nabízí japonský stroj Lumex Avance od firmy Matsuura, jenž využívá hybridní technologii vzniklou kombinací metody 3D tisku MLS (Metal Laser Sintering) s vysokorychlostním obráběním (HSM). Pro tuto novou metodu se lze setkat i s označením MLSHM (Metal Laser Sintering Hybrid Milling).


Lumex Avance 25

Parametry 3D tisku

Metal laser sintering, někdy též označovaný jako DMLS, je technologie využívající laserový paprsek k tavení kovového prášku po jednotlivých vrstvách podle požadované podoby dílu. Tloušťka jedné vrstvy se volí obvykle do 0,05 mm. Volba tloušťky má vliv na rychlost tisku a zejména na vnitřní pórozitu a homogennost materiálu. Dalším z parametrů určujících rychlost tisku je výkon laseru. Stroje Lumex Avance využívají vláknové lasery (Yb) o výkonech 400 W, 500 W a také 1 000 W.
 


Lumex Avance 60


 

Parametry obrábění

Stroj Lumex Avance je pro obrábění vybaven vřetenem s maximálními otáčkami 45 000 min-1, s upínáním BT20, zásobníkem nástrojů s 20 pozicemi, automatickou nástrojovou sondou a lineárními pohony s posuvy 60 a 30 m.min-1. Stroje Lumex jsou řízeny systémem I-Tech Avance kombinujícím systém Fanuc 31i pro obrábění a systém pro 3D tisk od firmy Matsuura. Data pro stroj jsou generována speciálně vyvinutým CAM softwarem Lumex CAM2016, který vznikl na základě technologie Intra Layer Machining patentované firmou Matsuura a empiricky ověřených technologických postupů obrábění materiálu bezprostředně po ukončení operace tavení. Díky kombinaci zmíněného know-how je dosaženo vysoké přesnosti finálního výrobku (±0,025 mm) a zároveň v segmentu kovového 3D tisku z prášku vynikající kvality povrchu Rz 10 a lepší (měřeno bez dodatečné povrchové úpravy).
 


Proces výroby: a) vrstvení kovového prášku, b) laser sintering, c) vysokorychlostní obrábění

Provedení strojů a materiály pro 3D tisk

Stroj Lumex se vyrábí ve dvou provedeních lišících se svým pracovním prostorem a tím i maximální velikostí dílce. Stroj Lumex Avance 25 nabízí vnitřní prostor 256 x 256 mm s výškou 185 mm (opce 300 mm), zatímco Lumex Avance 60 umožňuje výrobu dílů o rozměrech až 600 x 600 mm s výškou 500 mm.
Z materiálů mohou konstruktéři volit práškové směsi pro tisk výrobků odpovídajících uhlíkovým ocelím, nerezovým ocelím, niklové slitině, titanové slitině a hliníkové slitině. Výroba probíhá v dusíkové nebo argonové ochranné atmosféře.

 

Proces výroby

Výrobní proces kombinuje následující fáze:

  1.  vrstvení kovového prášku – laminace kovového prášku v pracovním prostoru stolu. Prášek je rovnoměrně nanesen po celé pracovní ploše stroje, kvalita je kontrolována CCD kamerou. Stroje Lumex používají vlastní patentovanou metodu vrstvení kovového prášku, kdy výška jedné nanášené vrstvy je od 0,02 do 0,05 mm;
  2. laser sintering – stroj Lumex pomocí energie laserového paprsku spéká (sintruje) nanesený kovový prášek v daném místě do požadovaného tvaru. Stroj využívá metodu MLS (obdoba DMLS). Po dokončení spékání je nanesena další vrstva materiálu a proces se opakuje desetkrát. Pokud nová vrstva dosáhne požadované výšky (min. 0,5 mm), pokračuje se operací obrábění;
  3. vysokorychlostní obrábění – HSM obrábění se opakovaně střídá s operací vrstvení a sintrování. Díky aplikaci obrábění již od prvních vrstev dokáže stroj Lumex obrobit s vysokou přesností i plochy obrobku, které po dokončení tisku nejsou běžnými metodami dostupné. Stroj je vybaven automatickou kontrolou geometrie nástroje a detekcí jeho zlomení. Po ukončení obrábění se pokračuje nanesením a natavením nové vrstvy materiálu.

Postup opakovaného vrstvení prášku, tavení a následného obrábění ve stroji Lumex.
Pro zvětšení klikněte na obrázek.

Příklady použití

Hlavní oblastí s možností okamžitého aplikování této technologie je výroba forem a jejich částí. Stejně jako u obdobných technologií 3D tisku, i zde má konstruktér širokou škálu možností při návrhu chladicích kanálů, volby pórovitosti materiálu a tvaru dané součásti. Rozdílná je rychlost návratnosti investice.
Výhodou komplexní výroby na hybridním stroji je eliminace dělení forem na desítky dílů. Tím, že se vybraná část formy vyrobí na jednom stroji v monolitním stavu a s přesnými rozměry, drsností povrchu a chladicími kanály, dochází nejen k úspoře materiálu, ale zejména výrobních časů, protože jednotlivé komponenty musí konstruktér navrhnout, technolog rozpracovat pro výrobu, poté přichází samotná fáze výroby, například elektrod pro následné EDM atd. Každý jednotlivý úkon s sebou opět nese náklady na materiál, vybavení i na lidskou práci. Další výhodou je úspora při samotném vstřikování, které je díky efektivnímu chlazení o desítky procent rychlejší.



Příklady výroby jader s hlubokým žebrováním bez použití EDM


Další ukázky výrobků: a) část formy na plastový kryt aku vrtačky, b) 3D struktura

 


Forma na výrobu konektorů

Stroj Lumex Avance si budete moci prohlédnout na veletrhu EMO 2017 v Hannoveru.

Teximp
umístění na EMO: hala 27, stánek E55
umístění na MSV: pavilon P, stánek 24

pavel.koudelka@teximp.com

www.teximp.com
//lumex-matsuura.com/
 

Další články

3D technologie
Obráběcí stroje a technologie

Komentáře

Nebyly nalezeny žádné příspěvky













Sledujte nás na sociálních sítích: