Produkcja addytywna umożliwia zupełnie nowe stopnie swobody w zakresie projektowania geometrii komponentów i staje się coraz bardziej istotnym uzupełnieniem technologii obróbki skrawaniem. W rezultacie nowe procesy "druku 3D w metalu" można znaleźć w coraz większej liczbie firm produkcyjnych i coraz częściej wychodzą one z niszy - do coraz szerszego zakresu zastosowań.
Produkcja addytywna
Produkcja subtraktywna wykorzystuje obróbkę skrawaniem do usuwania materiału z surowca w celu wyrzeźbienia elementu o pożądanej geometrii. Obejmuje to procesy produkcyjne, takie jak frezowanie, toczenie i szlifowanie. Z drugiej strony, komponent wytwarzany addytywnie jest tworzony poprzez budowanie warstwa po warstwie konturów cyfrowego modelu danych 3D przedmiotu obrabianego Opisana tutaj zasada budowania warstwa po warstwie nadal stanowi podstawę wszystkich dzisiejszych procesów wytwarzania addytywnego.
Spawanie metodą osadzania laserowego, które jest obecnie przypisane do dziedziny bezpośredniego osadzania energii (DED), zyskało wczesne znaczenie. Proszek jest wprowadzany do wiązki laserowej przez współosiową dyszę proszkową, która stapia go z najwyższą dokładnością. Proces ten charakteryzuje się bardzo wysoką szybkością narastania. Element jest budowany warstwa po warstwie, z wykorzystaniem pełnej 5-osiowej kinematyki frezarki CNC. Geometrie podporowe, jak w przypadku łoża proszkowego, nie są tutaj konieczne, ponieważ 5-osiowa kinematyka zawsze ustawia element w prawidłowej pozycji względem dyszy laserowej. Zintegrowany podwójny przenośnik proszku umożliwia jednoczesne dostarczanie dwóch różnych materiałów. W ten sposób różne metale mogą być stosowane naprzemiennie, aby nadać komponentowi pożądane właściwości - na przykład wyższą przewodność cieplną lub różne stopnie twardości w niektórych obszarach. Można również wytwarzać materiały stopniowane, w których realizowane jest płynne przejście od materiału A do materiału B.
Innym ważnym procesem jest selektywne topienie laserowe (SLM) proszku metalowego. Proszek jest nakładany cienkimi warstwami na platformę konstrukcyjną, a następnie stapiany lokalnie za pomocą lasera zgodnie z geometrią komponentu. Obszar warstw, które mają zostać odsłonięte, został wcześniej obliczony na podstawie modelu 3D przedmiotu obrabianego. Po zakończeniu procesu produkcyjnego nadmiar proszku może zostać usunięty i ponownie wykorzystany. Ze względu na szeroki zakres zastosowań, w tym obszarze procesu dostępna jest już niezliczona ilość proszków materiałowych. Oznacza to, że funkcjonalne detale (prototypy) mogą być produkowane z materiałów seryjnych i testowane pod kątem ich przydatności. Różne gatunki stali i aluminium, stopy kobaltu, chromu i niklu, aż po miedź i tytan są dostępne do generatywnej budowy komponentów.
Obydwa procesy, osadzanie laserowe (Directed Energy Depostion - DED) i selektywne topienie laserowe (Selective Laser Melting - SLM), różnią się zasadniczo pod względem możliwych do wygenerowania tolerancji, szybkości narastania i prędkości produkcji. Przykładowo, precyzja spawania laserowego jest niższa niż w przypadku spawania proszkowego. Jednak pod względem możliwości integracji z obrabiarkami hybrydowymi, może on pochwalić się przewagą pod względem produktywności. Wynika to z faktu, że struktura komponentu addytywnego może zostać rozszerzona w jednym ustawieniu z konwencjonalną obróbką. Zasadniczo zatem oba procesy mają swoje uzasadnienie - i to w różnych branżach.
Maszyny DED od dawna mają ugruntowaną pozycję w produkcji form i zastosowaniach lotniczych. W przypadku napraw, uszkodzone komponenty mogą być odbudowywane, a opcje naprawy są równie szybkie, co ekonomiczne. W technologii medycznej, specyficzne dla pacjenta rozwiązania dla protez dentystycznych lub protez stawów są tworzone w łożu proszkowym maszyn SLM.
Sekrety sukcesu produkcji addytywnej
W porównaniu do konwencjonalnych procesów, produkcja addytywna pozwala na zupełnie nowe podejście do projektowania i wytwarzania. Potencjał tkwi w dostępności części zamiennych, geometrii wewnętrznej, złożonych strukturach komponentów lub małych ilościach. Inną możliwością są scenariusze zastosowań, które prowadzą do znacznej poprawy właściwości produktu.
Optymalizacja topologii może znacznie poprawić właściwości komponentu. Przykładowo struktury wytwarzane addytywnie (bioniczne) mogą być wykorzystywane do zmniejszenia masy przy jednoczesnym osiągnięciu bardzo wysokiej stabilności. Procesy produkcji addytywnej oferują zatem korzyści, szczególnie w przypadku wysokich lub bardzo specyficznych wymagań dotyczących właściwości komponentów. Kompleksowy łańcuch procesów, który łączy druk 3D w metalu z ukierunkowaną obróbką końcową, jest również często bardziej ekonomiczny niż konwencjonalne procesy w odpowiednich warunkach.
Produkcja addytywna oznacza myślenie addytywne
Aby w pełni wykorzystać potencjał produkcji addytywnej komponentów, zmiana sposobu myślenia musi nastąpić już na etapie rozwoju produktu. Wyzwaniem jest tutaj praktyczne zastosowanie i identyfikacja potencjału w określonym spektrum. To z kolei wymaga fundamentalnej wiedzy na temat odpowiednich możliwości i bezstronnego podejścia. W najlepszym przypadku klienci polegają na kompetentnych analizach, które dostarczają informacji o wartości dodanej, jaką produkcja addytywna może zaoferować w firmie oraz o tym, w jaki sposób komponenty mogą zostać zoptymalizowane przez tę technologię pod względem ich właściwości i funkcji i/lub mogą być wytwarzane bardziej ekonomicznie.
Ze względu na opisane powyżej czynniki ograniczające produkcję addytywną, druk 3D jest lukratywnym uzupełnieniem, ale nie zamiennikiem tradycyjnych technologii obróbki skrawaniem. Mając na uwadze dalszy rozwój produkcji addytywnej w wielu branżach, a także jej integrację z nowymi modelami biznesowymi, potencjał na przyszłość jest szczególnie obiecujący.
Spójność w produkcji addytywnej z DMG MORI
DMG MORI wspiera swoich klientów zintegrowanymi procesami w produkcji addytywnej od 2013 roku - początkowo w oparciu o spawanie laserowe za pomocą LASERTEC DED i LASERTEC DED hybryd a od kilku lat również w procesie spawania proszkowego z serią LASERTEC SLM. Jako światowy lider w produkcji obrabiarek, DMG MORI łączy procesy addytywne z szerokim portfolio wysokowydajnych rozwiązań w zakresie obróbki skrawaniem. CELOS jako wszechstronny interfejs oferuje możliwość niezależnej od technologii i spójnej obsługi (doświadczenia użytkownika).
Jeszcze przed wdrożeniem łańcuchów procesów addytywnych, DMG MORI wspiera zainteresowane strony i użytkowników w swoich własnych Centrach Doskonałości Produkcji Addytywnej dzięki swojej wszechstronnej wiedzy zarówno w zakresie metalicznego druku 3D, jak i konwencjonalnej obróbki skrawaniem. Celem jest zapewnienie optymalnych rozwiązań produkcyjnych, które utorują drogę do bardziej ekonomicznej produkcji i wyższej jakości produktów.
W oparciu o swoje bogate portfolio w zakresie OBRÓBKI PRZYROSTOWEJ i technologii CNC, DMG MORI może zaoferować cztery łańcuchy procesów addytywnych. Na przykład, elementy obrabiane mogą być najpierw budowane w łożu proszkowym na obrabiarce LASERTEC SLM a następnie poddane obróbce skrawaniem. W ten sposób komponenty wytwarzane addytywnie mogą być produkowane z niezwykle wysoką precyzją. Użytkownicy mogą również umieścić proces obróbki na wcześniejszym etapie. Podstawowe korpusy głowic frezujących mogą być wytwarzane bardziej wydajnie. Wreszcie, złożona struktura formy, w tym wewnętrzne kanały chłodzące, produkowane są łożu proszkowym.
Również w obszarze dysz proszkowych połączenie produkcji addytywnej i obróbki skrawaniem jest przedmiotem zainteresowania dwóch łańcuchów procesowych. LASERTEC 65 DED do czystego spawania laserowego wytwarza skomplikowane komponenty lub detale wielomateriałowe do ø 650 x 560 mm całkowicie bez konturów nośnych. W późniejszej obróbce wykańczającej na uniwersalnym centrum obróbczym DMG MORI, płaskie powierzchnie, pasowania lub gwinty są wykańczane z wymaganą dokładnością. Dzięki LASERTEC DED hybryd DMG MORI łączy ten łańcuch procesów w jednym obszarze roboczym. W zależności od wymagań, użytkownicy mogą przełączać się między produkcją addytywną przy użyciu dyszy proszkowej a 5-osiową obróbką symultaniczną lub 6-stronną obróbką kompletną. Pozwala to na produkcję jeszcze bardziej złożonych elementów. W zależności od zastosowania, DED / DED hybryd dostępne są dla elementów o wymiarach do ø 1,010 × 3,702 mm.