Témata
Reklama

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.

Eva Zajícová

Vystudovala Fakultu strojní na ČVUT v Praze, obor Výrobní inženýrství na Ústavu strojírenské technologie.
Od roku 2014 pracuje v MM Průmyslovém spektru nejprve na pozici editorky, poté odborné redaktorky a od roku 2019 na pozici vedoucí redakce. Technika je její prací i zálibou.

Dceřiná společnost GE Additive je dodavatel aditivních technologií, zařízení i poradenství. Pod jednou značkou slučuje německého výrobce zařízení pro aditivní výrobu Concept Laser, švédského výrobce strojů Arcam EBM a kanadského výrobce kovových prášků AP&C.

Reklama
Reklama
Zákaznické centrum GE Additive (Customer experience center – CEC) leží v Garchingu (15 km severně od Mnichova). Otevřené je od roku 2017.Concept Laser založila v roce 2000 německá společnost Hofmann, výrobce forem pro plastové výlisky. Za první myšlenkou a vývojem stála snaha zefektivnit chlazení plastikářských forem. Možnost důmyslně vést chladicí kanály rozmanitých tvarů uvnitř formy tak, aby nedocházelo k deformaci plastových dílů při nerovnoměrném chladnutí, přinesla až aditivní technologie. Princip zařízení Concept Laser je založen na laserovém spékání kovového prášku v práškovém loži (DMLM – Direct Metal Laser Melting) a výhodně se využívá také v medicínském a leteckém odvětví, kde nahrazuje odlévané díly. V roce 2016 odkoupila GE Additive od firmy Hofmann majoritní podíl Concept Laseru. Hofmann dodnes nabízí poradenskou činnost v oblasti konformního chlazení.


Arcam EBM je švédská společnost vyrábějící zařízení pro aditivní výrobou pomocí elektronového paprsku (electron beam melting). Technologie je založena na podobném principu jako DMLM. Tvorba dílu probíhá postupným spékáním vrstev kovového prášku v práškovém loži, avšak namísto fotonů jsou využívány elektrony. Elektronový paprsek je oproti laserovému o mnoho rychlejší, pohybuje se rychlostí až 8 000 m.s-1 a dosahuje také vyšších teplot. Proto je využíván pro výrobu dílů z titanu, kobaltchromu, tzv. superslitin, např. na bázi niklu, ocelí s vysokou tvrdostí a obecně dílů z materiálů náchylných na tvorbu trhlin. Principy stavby dílů se v mnohém od DMLM liší. Technologie je vhodná také pro objemnější díly, které mohou svými mechanickými vlastnostmi překonat i výkovky.

Na zařízení Arcam EBM probíhá tvorba dílu postupným spékáním vrstev kovového prášku v práškovém loži, na místo fotonů jsou využívány elektrony. Zařízení se vyrábějí v několika velikostních provedeních.


Výrobce kovových prášků AP&C má více než deset let zkušeností s významnými biomedicínskými a leteckými výrobci OEM. Posláním společnosti je umožnit výrobu vysoce kvalitních dílů z titanu a dalších slitin s vysokou teplotou tání v procesech aditivní výroby a práškové metalurgie. Nepřetržité investice do výzkumu a vývoje cílí na optimalizaci patentovaného procesu pokročilé atomizace plazmatem.

Vysoké vstupní náklady dále již příliš nestoupají

Společnost GE si u zavádění vlastní výrobní infrastruktury pro aditivní technologie (nejvíce v leteckém průmyslu) na vlastní kůži vyzkoušela zdlouhavý proces integrace, ověřování, testování, odladění výrobních postupů atd. – celý proces může trvat až šest let. Dnes nabízí vlastní zkušenosti jako službu pro ty, kteří zavedení AM (additive manufacturing) zvažují. Zákaznické centrum v Garchingu (15 km severně od Mnichova) otevřela společnost GE Additive v roce 2017. K dnešnímu dni zařízením prošlo více než 300 firem připravujících nové obchodní plány, které zahrnují aditivní výrobu. Denně do zákaznického centra přijede minimálně jedna firma, ovšem ne každá je na aditivní technologie připravena. Podrobnou analýzu, zda se vůbec v případě konkrétního produktu vyplatí o AM uvažovat, dokážou vypracovat zaměstnanci zákaznického centra. Rozhodnutí, zda se AM pro daný typ produktu hodí, je pouze prvním krokem. Dalším je propočet vstupních investic. K 3D tiskárně, jak se zařízením v praxi již zažilo říkat, je totiž potřeba dokoupit celé zázemí doplňkových technologií. Na druhou stranu se aditivní technologie vyznačují heslem komplexity for free. To znamená, že s rostoucí komplexností produktu náklady na výrobu dále nestoupají, tak jako je tomu u konvenčních výrobních metod. Dokazuje to např. nový motor Catalyst od GE Aviation, u něhož bylo nahrazeno 855 konvenčně vyrobených dílů 12 aditivně vyrobenými. V tomto případě došlo k neuvěřitelnému snížení nákladů nejen výrobních, ale i administrativních, montážních, logistických a dalších. Zkracuje se také dodavatelský řetězec a s tím vším i výsledná rychlost výroby.

Při prohlídce GE Customer experience center ukazuje Christian Rensch aditivně vyrobenou část motoru a-CT7. Více než tři sta dílů bylo nahrazeno jediným.


Po příjezdu do zákaznického centra nás uvítal náš průvodce Shaun Wootton, který nám představil samotné zákaznické centrum CEC GE Additive a obeznámil nás se záměrem, s jakým bylo otevřeno. Poté si vzal slovo Christian Rensch, jenž osvětlil různé metody aditivní technologie, kterými GE Additive disponuje, a způsob, jakým pracuje zákaznické centrum, jaké jsou služby a co může zákazník očekávat. V případě, že se rozhodne jít cestou aditivní výroby, nabízí CEC partnerství na této cestě formou podpory po celý proces osvojování si nové technologie se snahou toto období zkrátit na minimum.

V letectví AM již s výhodou používají

Po malé exkurzi po zákaznickém centru, kde jsme měli možnost vidět některá zařízení v chodu, ale také ukázky již úspěšně zavedených produktů, se slova ujal programový ředitel GE Aviation pro Českou republiku Milan Šlapák, který popsal přínos aditivní technologie při vývoji nového motoru Catalyst. Podle jeho slov díky AM bylo možné vyvinout nový turbovrtulový motor v rekordním čase. Už při vývoji totiž byl využíván plastový 3D tisk k výrobě jednotlivých prototypových součástí, které se v průběhu vývoje podle potřeb upravovaly, ověřovaly a optimalizovaly. Milan Šlapák také prozradil, že v leteckém průmyslu je velmi důležitý faktor buy to fly – tedy poměr množství potřebného materiálu a množství materiálu, které nakonec opravdu létá ve vzduchu. Vzhledem k samotné podstatě aditivní technologie, kdy je materiál přidáván, a ne ubírán, a kdy zbylý materiál je možné recyklovat/znovu používat, vychází tento aspekt u AM velmi příznivě. Motor Catalyst byl vyroben pro nový luxusní business model Cessna Denali společnosti Textron Aviation. Podmínky výběrového řízení zahrnovaly také velmi krátkou dobu vývojového cyklu, kterou umožnila splnit pouze technologie AM. Motor byl vyvinut za pouhého 1,5 roku. Při jeho návrhu bylo čerpáno z know-how společnosti o proudových motorech, proto disponuje například variabilně nastavitelnými, vzduchem chlazenými lopatkami nebo systémem FADEPC (Full Authority Digital Engine And Propeller Control). Řídicí systém FADEPC byl dodnes běžný u proudových letadel, ale dosud nikdy nebyl použit u turbovrtulových dopravních letadel. V podstatě se jedná o digitální mozek motoru, který pilotům umožňuje ovládat letadlo pouze jednou pákou namísto tří. Trend v letectví se podle slov Milana Šlapáka nyní ubírá směrem simplifikace pro pilota. Už dnes jsou některá letadla certifikována pro řízení pouze jedním pilotem. Do budoucna lze očekávat vývoj směrem ke zcela autonomnímu řízení letounů. Motor Catalyst se bude po úspěšném testování (nyní má motor za sebou např. zkoušku v nadmořské výšce 41 tisíc stop, na únor 2020 je plánován první let na letadle) sériově vyrábět včetně všech AM dílů v GE centru excelence na jihu Itálie. Poznatky a know-how z vývoje motoru Catalyst plánuje GE využít i v budoucnu u dalších typů motorů.

Na tomto obrázku jsou znázorněny všechny dnes dostupné velikosti pracovních prostor. Šestiboké (spodní řada) využívá technologie Concept Laser, válcové a šestiboké v závislosti na typu stroje pak Arcam EBM. Ty nejmenší jsou nejvíce využívány pro dentální náhrady.

Čeští specialisté na aditivní technologie

Své aktivity v oblasti aditivních technologií představili také zástupci společnosti Misan, která je distributorem zařízení Concept Laser a Arcam EBM v ČR a SR. Jednatel společnosti Misan Ondřej Svoboda úvodem své přednášky prozradil, že se začali AM technologiím věnovat poprvé v roce 2010, kdy japonský výrobce Okuma, jehož stroje společnost Misan již sedm let dodává českým a slovenským kovovýrobcům, představil koncept hybridního výrobního stroje, který vedle klasické technologie obrábění obsahoval také laser. Jelikož jsou Japonci velmi konzervativní, jejich krok směrem k aditivním technologiím byl jasným impulzem. Německé stroje Concept Laser byly pro Misan od začátku favority, podle slov pana Svobody jim byl sympatický důvod vývoje strojů pro AM, který byl hnán vlastní potřebou efektivního způsobu výroby konformního chlazení forem, jež společnost Hofmann vyrábí. Od letošního roku Misan nabízí také technologii Arcam EBM. Principy stavby, výhody a nevýhody obou technologií objasnil Jan Hudec. Elektronový paprsek má dvakrát větší účinnost než laserový – až 70 %. Vyznačuje se také vyšší rychlostí a výkonem 3–4 kW (laser 400 W). Na druhou stranu vzniklý díl má větší drsnost než díly vyrobené laserovým spékáním (přesnost EBM je 1 mm ±0,5, u laseru 0,1 mm ±0,05). Na trhu je v současné době dostupných méně materiálů vhodných pro technologii Arcam EBM (laserem lze spékat 15 běžně dostupných kovových prášků). Vzhledem k rozdílné metodice stavby dílů, kdy se nepoužívají podpůrné struktury proti zborcení, ale pro chlazení vyráběného dílu, jsou také rozdílné geometrické tvary, které lze elektronovým paprskem vytvořit. Při výrobě elektronový paprsek zároveň předehřívá práškové lože, dochází tak ke spékání také okolního prášku do podoby jakéhosi slepence (angl. cake), který částečně slouží jako podpora a který lze lehce rozbít zpět na použitelný prášek. Nedoporučuje se proto navrhovat díly se složitými vnitřními dutinami, neboť není možné slepenec z těchto dutin poté odstranit. Vhodné jsou pro tuto technologii tlustostěnné díly. Díky předehřevu a vysokým teplotám není nutné díly vzniklé pomocí elektronového paprsku dále tepelně upravovat, u laseru ano. Zkrátka, každá technologie je vhodná na odlišné díly.

.

Programový ředitel GE Aviation pro Českou republiku Milan Šlapák popsal přínos aditivní technologie při vývoji nového motoru Catalyst. Díky AM bylo možné vyvinout nový turbovrtulový motor v rekordním čase.

U práškového lože to nekončí

Z aditivních technologií, které společnost Misan nabízí, bylo již výše jmenováno hybridní obráběcí centrum Okuma s technologií LMD (Laser Metal Deposition). Do pětiosého obráběcího centra společnost Okuma nainstalovala laserovou hlavu, kterou je přiváděn kovový prášek, jenž je zároveň spékán (navařován) pomocí laseru na obráběném díle. Výhodou je možnost navařenou část při jednom upnutí rovnou obrobit. S použitím druhé laserové hlavy je možné využít také technologii kalení v témže stroji. Ne nadarmo se mu říká supermultifunkční centrum.

Poslední a zároveň nejnovější aditivní technologií, již bude společnost Misan v blízké době také nabízet, je technologie Binder Jet. Využívá kovového prášku, který je po vrstvách slepován pojivem nejčastěji v podobě tekutého lepidla, a následného tepelného zpracování. Díl se v průběhu tepelného zpracování výrazně smrští, proto je potřeba jej navrhovat s dostatečným přídavkem. I zde bude velkou roli hrát zkušenost, aby výsledný výrobek dosahoval požadovaných rozměrů a vlastností. Výhodou této metody je rychlost. Výroba pomocí Binder Jet je asi stokrát rychlejší než DMLM.

Je až neuvěřitelné, jaké možnosti aditivní technologie nabízejí. Bezpochyby jde o velmi revoluční technologii, svým principem ekologickou i velmi ekonomickou. Nic však není tak jednoduché, jak by se na první pohled mohlo zdát. Jde o zcela jiný technologický postup, než byl doposud praktikován u konvenčně vyráběných dílů a s tím je potřeba počítat. Více než vhodné je v případě začátečníků obrátit se na specialisty, kteří nejenže danou technologií dodají, ale pomůžou s nelehkými začátky.

Eva Buzková

Eva.buzkova@mmspektrum.com

Reklama
Související články
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.

Desatero pro export - Marketingový průzkum poprvé

V dnešním díle našeho exportního seriálu se budeme věnovat marketingovému průzkumu. Ten je základním nástrojem pro posuzování jednotlivých vývozních teritorií a sestavování individuálních exportních plánů. Cílem je vytvořit profily potenciálních trhů, které zahrnou jejich charakteristiky, očekávání a preference. Na základě těchto profilů chceme sestavit klasifikaci atraktivity trhů podle předem určených kritérií. Dalšími cíli jsou analýza konkurence na vybraných trzích, identifikace hrozeb a příležitostí a určení právního rámce a systému autorského práva.

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.

Související články
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.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Technologie roku 2018

Další z řady odborných seminářů společnosti Misan v jejím sídle v Lysé nad Labem s názvem Technologie roku 2018 se uskutečnil v únoru ve spolupráci se společností Tungaloy. Hlavními tématy byly automatizace výrobních procesů, monitorování a propojování výrobních strojů a systémů a představení nových výrobních zařízení, nástrojů a technologií, které pak byly následně předvedeny v praktické části semináře při ukázkách obrábění. Bonusem na semináři byla přítomnost chairmana a CEO Okuma Europe a Okuma America Corporation Takeshiho Yamamota a senior manažera z oddělení obchodu Okuma Europe Ralfa Baumanna, kteří poskytli MM Průmyslovému spektru exkluzivní rozhovor.

Výroba otvorů v GT rozvaděči turbovrtulového motoru

Turbovrtulové motory řady H – konkrétně typ H80 – vyrábí GE Aviation Czech v pražských Letňanech již pět let a nalezneme je například v dopravníkovém letounu L410 či v zemědělském Thrush 510G. Turbovrtulový motor GE série H se skládá přibližně z 3 000 dílů. Od začátku roku se na výrobě částečně podílí také elektroerozivní hloubička Penta 1060 CNC.

Startovní výstřel pro kovozpracování a subdodavatele

Veletrhy Intec a Z 2021, které se budou konat v příštím roce od 2. do 5. března, opět promění Lipsko v centrum strojírenství a evropského subdodavatelského průmyslu. V nelehkých dobách nabídnou důležitou pomůcku pro orientaci v zásadních změnách, kterými průmysl prochází. Vystavovatelé z Česka mají na veletrzích Intec a Z ty nejlepší předpoklady navázat, či dále prohloubit obchodní vztahy s významnými společnostmi z Německa a celé Evropy. Ministerstvo průmyslu a obchodu plánuje společnou expozici českých firem v rámci programu na podporu exportu.

Názorové fórum odborníků

Na tomto místě budeme pravidelně přinášet názory odborníků k tématům, která se objeví v aktuálním vydání MM Průmyslového spektra. V dubnovém vydání jsme zástupcům vysokých škol a firem položili následující otázku:

EBM - průlomová technologie výroby exponovaných součástí

Tvarově složité součásti přímo z výchozích materiálů. Vysoká produktivita. Kvalitní struktura. Výborné mechanické vlastnosti. Redukovaná zbytková napjatost. Žádné opotřebené nástroje, upínací prvky. Různé materiály. Přímá tvorba montážních sestav. Sjednocení více součástek do jedné. Úspora energie, času, nákladů. Bez odpadu. Energeticky efektivní a ekologické. To je EBM!

Již druhý hybridní stroj WeldPrint

Kovosvit MAS ve spolupráci s ČVUT vyvinul již druhý tzv. hybridní stroj pod obchodním názvem WeldPrint. Jde o technologii 3D tisku z kovu plně vyvinutou v České republice patřící do kategorie Hybrid Manufacturing (HM). Umožňuje vytvářet kovové dílce navařováním pomocí elektrického oblouku a jejich obrábění v jednom pracovním prostoru s výrazně menšími náklady než u jiných technologií 3D tisku z kovu. Nový stroj bude díky nižší pořizovací ceně dostupnější než jeho předchůdce.

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.

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?

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.

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.

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