Iparági példák az additív gyártásra
Az additív technológia jelentőségét és létjogosultságát ismertető cikksorozat utolsó része néhány gyakorlati példát hoz, arra, hogy hol van jelen már most a 3D fémnyomtatás. Apró nehézség, hogy a legtöbb érintett terület bizalmas, így a megszerezhető információ mértéke erősen korlátozott. Arra azonban bizonyosan elég, hogy megmutassa, az additív gyártás nem a jövő, hanem a már elérhető következő lépés az ipari fejlődésben.
| Érdekel az első rész | |
| Érdekel a második rész |
Repülőgépipar – futómű gyártás
A Safran Landing System és az SLM solutions közös fejlesztése egy korábban kovácsolással készülő magán JET gép orr futóművének elkészítése fém nyomtatással.
A 455 x 295 x 805 mm befoglaló méretű alkatrész az első ilyen méretben lézeres porágy fúzióval készült alkatrésze, aminek az érdekességét és izgalmát tovább növeli, hogy biztonsági szempontból a legérzékenyebb iparágak egyikébe készül. A titán alapanyag kellő erősséget biztosít ahhoz, hogy az érkező terhelést biztonsággal továbbítsa a futóműről a gép vázára. Az anyagválasztás mellett szóltak a kimagasló mechanikai tulajdonságok, a korrózióállóság (bevonatolás nélkül) és a könnyű súly is. A feladatot az SLM 800 gépével abszolválták. Az eredmény világosan mutatja, hogy az alkatrész megfelelő, a 15%-os súlycsökkenésen túl pedig érdemi gyártási átfutási idő érhető el.
A gyártási átfutási idő jelentős csökkenésén túl az alapanyag és az alkatrész vizsgálati és certifikálási ideje is lerövidül az SLM támogatása által.
Autóipar – szerszámgyártás
A fémnyomtatás sok esetben alkalmas a hagyományos gyártási formák kiváltására, de ennél is több példa van arra, amikor ezek együtt működve növelik egy gyár hatékonyságát. Arra is van példa, hogy a tradicionális szerszámgyártási formák, amik a melegalakító forma szerszámok létrehozására irányulnak, önállóan már nem is léteznek. Ennek pedig az az oka, hogy a szerszámgyártás régi módja elért egy határt, ami nem egyezik az elvárásokkal.
Az autóipar a technikai fejlesztések egyik jellemző szegmense, különösen a prémium gyártók esetében. Ők azok, akik a melegalakító szerszámokat és a nagynyomású öntőszerszámok betétjeit 3D fémnyomtatással állítják elő. Ezzel pedig lehetővé válik a topológiailag optimalizált , nagy komplexitású hűtő csatornákkal ellátott komponensek elkészítése. Az eredmény rövidülő gyártási ciklusidő, nagyobb szerszámélettartam és növekvő munkadarab minőség.
Orvosipar – Implantátum gyártás
Léteznek eszközök, melyek széles körben elterjedtek például a degeneratív porckorong betegségekkel küzdők gyógyításában. Van olyan technológia, mely adalék anyaggal történő fémnyomtatással készíti el a betegek számára szükséges gerinc protézist. Ennek pedig számos előnyös tulajdonsága létezik a korábban alkalmazott gyártási módszerekhez képest.
Az additív gyártás szinte végtelen tervezői szabadságot biztosít, ami korábban a funkcionalitás és kényelem, valamint a hatékonyság területein jelentett kompromisszumot. A könnyebb, szellősebb és rácsszerkezetű ketrecek a betegek számára sokkal előnyösebbek. A gyártási költségek nyomtatással alacsonyabbak, ráadásul olyan porózus felület alakítható ki, mely elősegíti a további csontképződést.
Az újgenerációs prtézisek ráadásul nem igényelnek bevonatolást, ezzel pedig nem csak egy gyártási lépés vehető ki az előállítás összetett folyamatából, de az esetleges szennyeződés rizikója is csökken. Az implantátum készülhet titánból is, ami bio-kompatibilis, ráadásul megelőzi a csontok lebomlásának veszélyét.
Energiaipar – elosztó blokk
A magas biztonsági elvárások mellett működő energiaipar számára nagy kihívást jelent a pótalkatrészek biztosítása. Különösen igaz ez az atomerőművekre, ahol a gyártási átfutási idő és költségek is kihívás elé állítják az erőmű üzemeltetőit. Nem meglepő tehát, hogy van példa a szükséges alkatrészek 3D fémnyomtatással történő elkészítésére, ami elérhetővé teszi a műszaki és gazdasági elvárásoknak való egyidejű megfelelést. Az így készült anyagátviteli hidak és gőzelosztó alkatrészek tulajdonságai megegyeztek az eredetivel, de annál lényegesen rövidebb idő alatt készültek el.
A gyártáshoz választott rozsdamentes fémpor és a gyártási eljárás együtt tették lehetővé, hogy nagyon pontos és felületi minőségében is megfelelő alkatrészek születtek. Ráadásul abból az árból, ami korábban 3 alkatrészt tett elérhetővé, most 16 készült.
Ha lassabb, hogyan lehet gyorsabb?
Azok, akik nem akarnak hinni az additív eljárások jövőjében, ma is, a számos és hiteles bizonyíték ellenére is találnak olyan adatokat, melyek meggyőzik őket saját igazukról. Lássuk be, nem is mindenhova, nem is mindenkinek való a fémnyomtatás. Ott, ahol igazolhatóan nagy tisztaságú anyagokból rendkívül összetett geometriákat kell létrehozni azonban nem elkerülhető. Ahogy ott sem, ahol a teljesítmény növelésének ezidáig a gyártási megvalósíthatóság szabott gátat.
A 3D nyomtatót elindítva lassabban készül el, mint egy három tengelyes CNC marógép. Így azok, akik az összehasonlításnak ezt a méltatlanul leegyszerűsített változatát végzik, azonnal hátra is dőlhetnek.
De a folyamat nem itt kezdődik, hanem a tervezésnél. Az additív gyártás lehetőséget ad a topológia optimalizálás és a generatív tervezés minden szintjének kihasználására. Ez óriási előny, mert a mérnök amellett, hogy rövidebb idő alatt képes sokkal többféle lehetséges alkatrészt megtervezni, jóval több ideje marad a magas kvalitást igénylő és mesterséges intelligenciával nem megoldható feladatok leküzdésére.
A tervezést követi a gyártástervezés, ami fémnyomtatás esetén valójában egyszerűbb. A fémpor kiválasztásán, a rétegvastagság és még néhány paraméternek a beállításán illetve a nyomtatás során szükséges támasztó szerkezetek megvalósításán túl nem sok lépésre van szükség, csupán csak a gép elindítására. Ami ráadásul nem igényel speciális üzemet sem.
Ezzel szemben egy összetett alkatrész forgácsolással és egyéb fémmegmunkálási technológiákkal való elkészítése a szerszámok, készülékek és az egymásra épülő folyamatok átgondolását, kiválasztását igényli.
Mivel a szerszámgépek egy munkától függetlenül mással is dolgoznak, előfordul, hogy a folyamatáramlás akadozik. Az alkatrész mozgatása, újbóli befogása újabb és újabb hibalehetőség, ami sok esetben (nem a papírforma, hanem a gyakorlat szerint) gyakori újragyártást igényel.
A vége az, hogy a CNC forgácsolással készült alkatrész sokkal több műveleten megy keresztül, és bár ezek egyenként gyorsak, összegezve hosszú gyártási átfutási időt eredményeznek. És mert az elnyújtott folyamatban részt vevők száma igen magas, a kommunikációs utak is hosszúak, sok esetben rugalmatlanok.
A 3D fémynomytatásban részt vevő sokkal kevesebb szereplő nagyon rugalmasan képes dolgozni, követni azokat a gyors változásokat, amik napjainkra nagyon is jellemzők. Arról sem szabad megfeledkezni továbbá, hogy a 3D fémnyomtató munkaterében egyszerre nem egy, hanem akár több száz alkatrész is készülhet. Ami akár 12 db egyenként 1000W-os lézerrel sikerrel veszi fel a versenyt a sorozatgyártás konvencionális módszereivel.
Szerző: GépészPresszó
