Témata
Reklama

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.

Reklama
Reklama
Reklama

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).

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/

Reklama
Vydání #9
Kód článku: 170910
Datum: 12. 09. 2017
Rubrika: Trendy / 3D technologie
Autor:
Firmy
Související články
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.

Kombinace aditivní výroby s obráběním

V současnosti se průmyslově používají dvě technologie laserové aditivní výroby z kovových prášků. První způsob SLS (selective laser sintering) pracuje se spékáním prášku v tenkých vrstvách o tloušťce několika desítek nanometrů. Výhodou je dobrá rozměrová přesnost, nevýhodou naopak omezená velikost dílu daná velikostí pracovního prostoru stroje. Nejčastěji se v současnosti lze s touto metodou setkat při výrobě vstřikovacích forem pro plast, leteckých dílů nebo implantátů pro medicínu vyráběných ze slitin titanu či Inconelu. Protipólem je robustní metoda s mnoha názvy, nejběžněji označovaná LMD (laser metal deposition). Výhodou tohoto způsobu je vyšší produktivita (navaření až několika kilogramů prášku za hodinu) a použití i na větší strojní díly. To za cenu menší tvarové přesnosti a nutnosti větších přídavků pro následné obrábění. Většina významných výrobců obráběcích strojů již vyrábí takové hybridní stroje a integrovala laser s navařovací hlavou do svých strojů.

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.

Související články
Automatizace lidem práci nebere

Automatizaci se ve firmě Kovosvit MAS věnují od roku 2013. Z původního projektu vznikla samostatná divize MAS Automation a na letošní rok má plánované téměř dvojnásobné tržby oproti roku 2017. V porovnání s plánovaným obratem celého Kovosvitu jsou tržby divize zatím nevýznamné, ale průměrný růst divize o dvě třetiny ročně dokládá, že automatizace má v podniku ze Sezimova Ústí zelenou.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
CIMT a Čína v roce 2023

Počínaje Velikonočním pondělím se v Pekingu, téměř tradičně v tomto čase, po pět dnů konal další ročník veletrhu výrobních strojů CIMT 2023. Pro cizince byla poslední výstava jednoduše dostupná na jaře roku 2019. Od ledna 2020 se přestalo do Číny létat a události nabraly nečekaný spád. V tomto krátkém textu se podíváme na výstavu i před brány výstaviště.

Důraz na udržitelnost, digitalizaci a 3D tisk

Japonsko je zemí, kde se rodí nejmodernější technologie a kde se dbá na udržitelný způsob života. Je kolébkou průmyslu a domovem největších průmyslových firem. Každé dva roky mají návštěvníci z celého světa možnost nahlédnout prostřednictvím veletrhu Jimtof (Japan International Machine Tool Fair) pod pokličku nejnovějších inovací v oboru obráběcích strojů a jejich příslušenství. Díky pozvání Japonské asociace výrobců obráběcích strojů JMTBA jsme měli možnost zúčastnit se tohoto veletrhu osobně. V následující reportáži se vám pokusíme zprostředkovat alespoň pár nejzajímavějších témat, která zde zazněla.

Soumrak strojírenských bohů

Až do nedávné doby, dalo by se říci před covidem, bylo jednání některých tradičních firem vyrábějících obráběcí stroje bez pokory, a někdy hraničilo až s arogancí. Jednání bez úcty nejen vůči zákazníkům (což zní přímo drze), ale také vůči partnerům dodávajícím subdodávky, vysokým školám a také spolupracujícím partnerům. Mají za sebou přeci tradici desítek let, kdo jim bude co radit, jak mají jednat a dělat. Nikdo přeci. A nyní? Padla kosa na kámen a otupila se, možná se i pokřivilo ostří.

Téma: technologie pro výrobu forem

Díly, součásti či výrobky, které spatřily světlo světa díky tomu, že byly vylisovány, odlity či vykovány ve formě, jsou doslova všude kolem nás. Forma je zařízení často velmi složité a komplexní a k její výrobě je potřeba řada špičkových technologií. Následující článek představuje některé z nich.

Na evropské trhy s finanční podporou

První celoevropsky významná akce v oblasti strojírenství a subdodavatelské branže se v příštím roce koná na lipském výstavišti v termínu 2. až 5. března: veletrhy Intec a Z 2021. Také a možná právě v současných obtížných časech zde čeští vystavovatelé a návštěvníci mohou navázat důležité obchodní kontakty a informovat se o nejnovějších trendech a vývoji v oboru. Vystavovatelé z Česka navíc se státní podporou.

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.

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.

CIMT Peking, Část 2. Win Together

Podtitul veletrhu CIMT 2019 byl: 融合共赢 智造未来. Musíte uznat, že motto veletrhu je v této pro nás exotické podobě zahaleno značným tajemstvím. Dáte-li větu do automatického překladače, výsledná myšlenka zní: fúze a výhra. Jednoduchá slova, divný obsah - tento způsob nalezení významu věty opravdu není žádná výhra. Proto se o nápravu "ztráty v překladu" pokusíme v druhém vstupu z veletrhu, ve kterém se tentokrát podíváme i za technikou.

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.

Strojírenské fórum 2018: Zaměřeno na nové technologie a materiály

Příběh pátého ročníku Strojírenského fóra se začal psát 10. května 2018 na půdě Fakulty strojního inženýrství VUT v Brně konferencí na téma moderní výrobní technologie a materiály s důrazem na aditivní výrobu z velké části kovových materiálů a na inovativní aplikace kompozitních materiálů. Na sto účastníků z řad výrobní a akademické sféry vyslechlo na 13 přednášek a následně v pozdních odpoledních hodinách se větší část z nich odebrala na exkurzi po šesti VaV pracovišťích zaměřených na nové technologie. Plný den poznání a nových setkání. Pojďme se k němu vrátit fotoreportáží.

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