Témata
Reklama

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.

Technologická strojírenská firma Trumpf nabízí slévárnám možnost získat technologický náskok před konkurencí ve výrobě přesných odlitků prostřednictvím vlastního know-how v oboru aditivních technologií, a to díky strojům na 3D tisk z kovových prášků. Tyto tiskárny na kovy s označením TruPrint malého nebo velkého formátu splňují nejnáročnější požadavky pracovníků ve slévárnách. Firma Trumpf vyvíjí a vyrábí vlastní stroje pro průmyslovou aditivní výrobu včetně laserových zdrojů a nabízí řešení ve dvou technologiích: Laser Metal Fusion (laserové tavení v práškovém loži) a Laser Metal Deposition (laserové navařování prášku). Malý formát stroje s názvem TruPrint 1000 disponuje pracovním prostorem s kruhovou základnou o průměru 100 mm, výškou 100 mm a objemem necelého litru zásobního prášku. V segmentu středního formátu je k dispozici stroj TruPrint 3000: pracovní prostor má kruhovou základnu o průměru 300 mm a výšku 400 mm. Objem prášku ve dvou zásobních válcích činí u tohoto stroje přes 56 litrů. Pro industrializaci 3D tisku z kovového prášku nabízí firma Trumpf kompletní řešení skládající se z digitalizace, služeb a systémů aditivní výroby. Jako průkopník v oblasti aditivní technologie se zhruba dvacetiletou praxí je schopna předat zákazníkovi know-how, aby mohl profitovat z robustních, spolehlivých a na obsluhu a údržbu nenáročných laserových 3D tiskáren pro sériovou výrobu různých průmyslových aplikací.

Slévárny dnes zjišťují, že 3D tiskárny na kovy jim výrazně usnadní práci a zefektivní jejich výrobní program. Bez nástrojů, pouze s optimalizovaným softwarem, připraví konstruktéři a modeláři 3D data, která následně modifikují a přizpůsobí pro tiskové zakázky a výstupní data nahrají do tiskárny. Potom operátorovi stačí tiskárnu manuálně připravit pro budoucí zakázku, zavřít procesní komoru, napustit ji ochranným plynem a spustit. Po několika hodinách nebo dnech je stavba hotová.
Pro slévárny nemá smysl tisknout z kovových materiálů její konečné produkty – odlitky –, od toho tady aditivní technologie nejsou, aby nahrazovaly po několik desetiletí osvědčený výrobní program sléváren. 3D tisk umožňuje vytisknout nevyrobitelné díly konvenčními technologiemi a tvarově komplikované tvary v minimálním čase, což v konečném důsledku pomůže slévárnám uspořit výrobní náklady a čas na technickou přípravu výroby složitého odlitku. Jedná se zejména o tisk, respektive dotisk formy, jádra nebo vložky do forem s konformním chlazením a tyto aplikace jsou použitelné pro všechny běžné slévárenské slitiny, jako jsou slitiny hliníku, korozivzdorné oceli, mosaz, litiny atd. Tímto způsobem lze rychle a efektivně získat reálný díl z certifikovaného kovového prášku a následně ho použít ve výrobě k testování.

Reklama
Reklama
Ukázka aditivně vyrobených dílů na stroji TruPrint 1000 a TruPrint 3000. Vepředu jsou dílce vytištěné na stroji TruPrint 1000, zleva odlehčená konstrukce montážního úhelníku z titanu Ti64; výměník tepla a vpravo hydraulický blok se stavební deskou – oba díly z nerezu 316L. Vzadu jsou umístěny dva velké dílce vytištěné z Inconelu 718 na stroji TruPrint 3000, vlevo turboradiální turbína s optimalizovaným chlazením a vpravo kombinovaný hořák. Zmíněný dotisk znamená, že na konvenčně obrobený díl je vytištěna jeho finální partie. Firma Trumpf prezentuje praktický příklad optimalizovaného dotisku s hybridním designem na servoventilu zkonstruovaném ze tří samostatných dílů, při jehož výrobě byly použity tři její technologie – 2D laserové řezání, 2D laserové svařování a 3D kovový tisk. Na nerezovou, konvenčně vyrobenou platformu uříznutou laserem Trumpf, byl vytištěn servoventil s konformním chlazením na stroji TruPrint 3000. Pro 3D tisk byl použit stejný materiál jako na platformu, tzn. nerezová ocel 316L. Samotný proces tisku konvenčně nevyrobitelného ventilu trval 10 hodin a 20 minut a byla zvolena tloušťka vrstvy 0,03 mm. Největší výhodou této inteligentní kombinace technologií pro výrobní podniky je markantní úspora výrobních nákladů díky předvyrobení vhodného přípravku a optimalizace dílce s vysokou komplexností a integrací funkcí.
Servoventil složený ze tří dílů. Díl zkonstruoval Bosch Rexroth a byl vytištěn z nerezu 316L na stroji TruPrint 3000 od firmy Trumpf.



Aditivní technologie nejsou vhodné plošně pro všechny slévárny, ale největší potenciál mají ty, kde jsou hlavním portfoliem geometricky složité a přesné dílce vyráběné metodou vytavitelného modelu neboli také lost wax či investment casting. Úspěšně lze využít aditivní technologie i pro výrobu modelových zařízení.
Metoda výroby kovových součástí odléváním roztaveného kovu do trojrozměrných forem umožňuje odlití ostrých kontur s vysokou kvalitou povrchu a dnes zastává klíčovou pozici na poli moderních technologií přesného lití kovů. I když se jedná o metodu tisíce let starou, byla během let stále zdokonalována, aby se minimalizovalo množství použitého kovu a omezila se potřeba rozsáhlého obrábění odlitků a úprav jejich povrchu. Dnes je možné vyrobit tvarově složitý dílec s minimální nebo vůbec žádnou potřebou dalšího obrábění.

Metodou vytavitelného modelu lze odlévat několik součástí najednou, kdy je využit tzv. stromeček. To znamená, že do tvaru stromečku se sestaví několik voskových modelů s pečlivě propojenou vtokovou soustavou. Poté se opakovaně namáčí do tzv. keramické směsi, která při vysušení ztuhne. První vrstva je vždy velmi jemná, takže následuje ještě několik obalení hrubší směsí. Po dosažení několika vrstev keramiky se stromečky nechají ztuhnout. Zahřátím stromečků a modelů na něm se vosk vytaví. Z každého stromečku vyteče i vosk ve vtokové soustavě, a tím se vytvoří kanály, jimiž bude proudit roztavený kov, aby došlo ke kompletnímu vyplnění dutiny formy. Do vyprázdněné formy se následně nalije roztavený kov a nechá se ztuhnout. Jednorázová keramická forma se pak rozbije a odstraní, aby bylo možné odlitky vyjmout. Následuje proces oddělování odlitků od vtokové soustavy, kalibrace a broušení vtoků a další dokončovací operace, které se v různých slévárnách liší. Kvalita odlitků je zajištěna kontrolou rozměrů a homogenity.

Držák nápravy pro automobilový průmysl vytištěný z hliníkové slitiny AlSi10Mg. Vzadu je vidět díl před procesem odstranění nosných podpěr. Vepředu je funkční odlehčený prototyp již po následném zpracování. Díl zkonstruoval Siemens AG a byl vytištěn na stroji TruPrint 3000 od firmy Trumpf.

Porovnání parametrů pro technologie přesného lití na vytavitelný model a 3D kovového tisku

Metodou vytavitelného modelu lze vyrobit tenkostěnné díly a je možné se dostat na nejtenčí stěnu odlitku přibližně v rozmezí 1–2 mm a dosáhnout rozměrové tolerance odlitku přibližně 0,25 mm. S aditivními technologiemi je možné v závislosti na materiálu vytisknout díl s ještě menší tloušťkou stěny, přibližně 0,5 mm a s přesností v rozmezí 0,1-0,2 mm. Dalším parametrem je kvalita povrchu: U technologie přesného lití na vytavitelný model lze dosáhnout lepší drsnosti povrchu oproti aditivní výrobě, která se pohybuje v závislosti na druhu použitého materiálu v rozmezí Ra 1,5–6,3 µm. U aditivně vyrobených dílů je tento parametr opět v závislosti na druhu použitého materiálu vyšší, v rozmezí Ra 6,0 až 13,9 µm. Pokud je potřeba dosahovat ještě nižších hodnot, je nutné odlitky nebo vytištěné díly dodatečně povrchově upravit, například elektrolytickým leštěním, omíláním nebo tryskáním.

V následném zpracování dílů vyrobených oběma technologiemi nejsou žádná omezení. Smyslem aditivní výroby není nahradit osvědčenou technologii přesného lití na vytavitelný model, jak bylo řečeno výše, ale koexistence obou technologií, čímž lze v konečném důsledku šetřit čas i náklady. Kovový 3D tisk je vhodné zvolit, když výrobce potřebuje mechanické vlastnosti podobné vlastnostem litých dílů, odlehčené kovové díly, kratší výrobní cykly, ekonomickou a rychlou výrobu individuálních topologicky optimalizovaných dílů. Jinými slovy, aditivní výroba přináší tyto hlavní výhody, které přímo souvisejí a jsou v souladu s koncepcí Průmyslu 4.0:

  • zkrácení technologických časů výroby modelových zařízení tiskem forem a maket pro odlévání plastových modelů a jaderníků;
  • zkracování technologicky nutných časů pro výrobu odlitků, prototypů nebo variant odlitků v cenových relacích blízkých sériové výrobě;
  • zvyšování přesnosti dodávaných odlitků;
  • snižování hmotnosti odlitků odstraněním formovacích úkosů a přídavků (offset) na opracování;
  • zvyšování užitné hodnoty odlitků s konstrukční svobodou.

Do budoucna je velmi pravděpodobné, že slévárny budou produkovat a dodávat odlitky, které budou z hlediska dodacích termínů, kvality, rozměrové přesnosti a geometrií odlitků vyrobitelné pouze aditivními technologiemi. Cílem firmy Trumpf je stát se strategickým partnerem sléváren a umožnit jim snadný přístup k ověření svých záměrů prostřednictvím reálných prototypů a podpořit je v zefektivnění jejich výrobního programu pomocí 3D tiskáren TruPrint. Firma neusiluje pouze o to, aby si od ní zákazníci stroje kupovali či si je pronajímali, ale záleží jí také na tom, aby zákazníci ze své výroby profitovali, vyvíjeli se, dařilo se jim a celkově byli spokojeni se servisem a profesionálním přístupem ze strany dodavatele technologicky špičkových strojů TruPrint.

Miroslav Ivanko

Firma: Trumpf

miroslav.ivanko@trumpf.com

www.cz.trumpf.com

Reklama
Vydání #4
Kód článku: 190420
Datum: 10. 04. 2019
Rubrika: Trendy
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.

Aplikovaný vývoj a výzkum 3D technologií

CARDAM (Centre of Applied Research and Development for Additive Manufacturing) je unikátní výzkumně-vývojové pracoviště, které se zaměřuje na realizaci nových technicky a technologicky vyspělých řešení a produktů při využití aditivní výroby kovů. Poskytuje služby aplikovaného výzkumu a vývoje, kompletní inženýrské řešení pro tvorbu nových aplikací a výrobních procesů, pomáhá společnostem vytvořit potřebné vědomosti, znalosti a know-how v nové oblasti aditivního designu a výroby. Aditivní design a výroba patří mezi nejdůležitější technologické směry, celosvětově rozvíjené v rámci „Průmyslové revoluce 4.0“.

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.

Související články
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
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
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?

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.

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.

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.

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.

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.

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 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 2019: Moderní výrobní technologie a materiály

V pořadí již šesté Strojírenské fórum, které je už tradičně platformou pro setkávání odborníků z oblasti výroby i souvisejících oborů, se odehrálo 27. března. Tentokrát se místem konání staly architektonicky nadmíru zajímavé prostory Strojní fakulty Technické univerzity v Liberci.
Důvodem, proč bylo zvoleno právě toto místo, však nebyla architektura, ale téma setkání – Moderní výrobní technologie a materiály. TUL je totiž vyhlášeným místem, kde moderní technologie, jejich výzkum i užití, byly a jsou jednou z hlavních priorit.

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