A lézeres fémfúzióban rejlő lehetőségek

A pár éve még megvalósíthatatlan formákat ma már akár néhány óra alatt a kezünkben is tarthatjuk

2018. május 09., szerda, 06:00

Címkék: 3D nyomtatás additív gyártás fémmegmunkálás fémnyomtatás Helvet Kft. lézer lézertechnológia szelektív lézer szinterezés

A hagyományos forgácsolásos megmunkálás mellett egyre többet hallani a 3D fémnyomtatásról mint alternatíváról. A technológia ugyan már hosszú évek óta létezik, de annak magas költsége miatt csak jellemzően a különösen nagy hozzáadott értéket képviselő termékek esetében alkalmazták. A technológia tökéletesedésével és elterjedésével együtt viszont mára bizonyos modellek elérhető árszintre kerültek.

A lézeres fémfúzió (LMF) az additív gyártási technológiák (additive manufacturing) közé tartozik. Használatával már nem korlátozzák a tervezést és a képzeletet, hiszen a forgácsolással történő megmunkálhatóság velejárói. Gyakorlatilag bármilyen külső/belső formájú test létrehozható, amire szükség lehet, jellemzően a prototípus vagy kisszériás gyártás, autóipari alkatrészek, formaadó betétek készítése, fogászati vagy a test más részén használatos implantátumok területén, vagy bárhol, ahol a kívánt munkadarab mechanikus vagy szikraforgácsolással nem hozható létre.

A lézeres fémfúzió (LMF) – definíciója szerint – egy olyan additív gyártási eljárás, melynek során nagy teljesítményű lézert használva 10–70 mikrométer közötti szemcseméretű fémport olvasztunk meg 3D tárgyak készítéséhez, melyek műszaki jellemzői hasonlóak vagy inkább még jobbak, mint a hagyományos eljárásokkal készített munkadaraboké.

Lézeres fémfúzió segítségével 99,8%-nál nagyobb sűrűség érhető el, a készített alkatrész mechanikai tulajdonságai lényegesen felülmúlják azt.

A fémpor felrakására többféle eljárás létezik. A legelőnyösebb változatban a poradagoló helyett összesen három henger található. A művelet a munkadarab elkészítéséhez szükséges mennyiségű port tartalmazó hengerrel indul. Ennél a gyártási eljárásnál a porkezelési rendszer révén a teljes művelet felügyelet nélkül zajlik le. A por adagolása az igényeknek megfelelően optimalizálva történik, hulladék nélkül. A poradagolási műveletet csakis egyszerű, nem bonyolult alkatrészek végzik, melynek révén biztosítható a magas megbízhatóság. Az eljárás jellemzője, hogy egyszerűen lehet más típusú por használatára áttérni, azokat váltogatni. Ehhez csupán a munkakamrát, a hengereket és a dugattyúkat kell megtisztítani. Nagy előnye még a módszernek, hogy a por szétterítése egy irányban történik, nem oda-vissza. A hengerbe maximálisan tölthető por egyben megadja az elkészíthető munkadarab magasságát is.

Sisma Mysint

A Sisma lézerhegesztő és jelölő/gravírozó berendezéseit már számos vállalat megelégedettséggel használja Magyarországon is. Hazai képviseletére, a Helvet Kft.-re az LMF technológia esetében is számíthat.

A Mysint révén a hagyományos technológiákkal ellentétben a tömeg, a kreativitási és technológiai megvalósíthatósági korlátok nem jelentenek akadályt. A 3D fájlból rövid idő alatt és alacsony költség mellett elkészített munkadarab – akár prototípus, akár funkcionális darab – tömegében, formájában, méretében megfelel a megtervezett darabnak.

A Mysint új területet ad az iparnak, a prototípus-készítés mellett a sorozatgyártásnak, a földrajzi korlátokon átlépve rendkívüli mértékben lecsökkenti a gyártáshoz szükséges időt és a működési költségeket.

Az LMF eljárás során a fémpor lézeres olvasztása egy előzőleg elkészített 3D CAD-modell alapján történik. A folyamat egy munkakamrán belül zajlik, közömbös környezetben, azért, hogy a fém fúziója oxidáció nélkül legyen biztosítva, és ennélfogva magának az anyagnak a megváltozása nélkül menjen végbe. A használható por szemcsemérete átlagosan 10 és 50 mikron közötti, és jellemzően az elérendő szerkezeti és felületi minőségtől függ. Az olvasztás rétegről rétegre történik, melynek vastagsága 20 és 100 mikron között változtatható. A port egy szabadalmaztatott, dönthető lapát oszlatja el egyenletesen a felületen, a nem használt port pedig a gyűjtőtartályba juttatja. A porréteg egyenletes felhordása után a lézer összeolvasztja a fémport a forma adott helyének megfelelően, kialakítva így a forma szóban forgó rétegét. A munkakamrában a hőmérséklet 200 °C-os, hogy megelőzzük a keményedési szakaszban a deformálódást. A munka végeztével a hengerek könnyen kivehetők.

Porágy-monitorozás – a kamerák és a szoftver kombinált használata lehetővé teszi a fúzió minőségének és a folyamat stabilitásának ellenőrzését. Minden egyes réteg végeztével fotó készül a por szétterítése előtt és után, a LED-eket különböző pillanatokban bekapcsolva. A munkasíkból kiálló részek által vetített árnyékok így láthatóvá lesznek, megadva a kiállás mértékét. A rendszer figyelmezteti a kezelőt, ha olyan hibát észlel, ami az előre beállított biztonsági határértékeket eléri, és megállítja a műveletet.

Korlátok nélküli kreativitás – a Mysint végtelen kreativitási szabadságot ad tervezőknek, akár a mozgó részeket és mechanikákat tartalmazó formák esetében is.

Csökkentett tömeg és költségek – a trabekuláris rácsos szerkezetnek köszönhetően a Mysint által készített formák különösen könnyűek és erősek azáltal, hogy csak oda épít fémet, ahol arra szükség van.

A maradvány por – akár hagyományos fém, akár nemesfém – teljes mértékben visszanyerhető későbbi használatra.

Idő – az elképzelés és a valós, létező darab elkészülése közötti idő az LMF technológiának köszönhetően jelentősen rövidebb.

Maximális gyártási rugalmasság – a Mysint használatával nincs minimális gyártási mennyiség.

A Sisma Mysint révén a földrajzi távolságok sem jelentenek akadályt: a CAD-fájlok a világ bármely pontjára küldhetők és feldolgozhatók, ahol maga a berendezés található.

Nincs szükség szerszámcserére, mivel a hagyományos forgácsolással ellentétben az LMF technológia nem igényel szerszámokat.

Két méret

Az LMF technológiát alkalmazó Mysint termékcsalád két méretben kínálja a technológia nyújtotta előnyöket.

A kisebbik, Mysint100 készülékkel maximálisan d100 × 100 mm-es darabok készíthetők. A 200 W teljesítményű fiber lézer jellemzően 20–40 µm közötti vastagságú rétegekkel építi fel a munkadarabot.

A berendezés különlegességei:

  • Szabadalmaztatott, optimalizált gáz menedzsment, mely révén jobb fúziós eredmények és rendkívül alacsony üzemeltetési költségek érhetők el. Nitrogén használatával a gáz költsége óránként mindössze 10 eurócent.
  • Szabadalmaztatott porlerakási rendszer, mellyel jelentős időmegtakarítás érhető el.
  • Nagy hatékonyságú gázszűrők.
  • Portömörség, így egyszerű a karbantartás és a tisztítás.
  • Az eredmények megismételhetők és megbízhatóak.
  • Külön egység a munkatérnek és külön egység az elektronikának, így könnyebb a szállítás, mozgatás.
  • A szigetelt kamra miatt jelentősen kisebb a gázfogyasztás.
  • A nyitott rendszernek köszönhetően szabadon változtathatóak a paraméterek, a piacon beszerezhető bármilyen anyaggal használható.
  • A rétegenként szabályozott dinamikus túltöltési rendszer optimális porfelhasználást és eredményeket tesz lehetővé.

Mysint100 dual

Ha nagyon számít az idő, a dual változat 80%-os időmegtakarítást kínál. A két különálló 200 W-os lézerforrás és a két szkenner egyszerre dolgozik, így az összehangolt mozgásoknak köszönhetően lényegesen termelékenyebb a berendezés.

A nagyobbik, Mysint300 berendezés akár d300 × 400 mm-es forma készítésére is alkalmas. Az 500 W-os lézerforrás 20–100 µm vastagságú rétegeket hoz létre, így óránként akár 25 cm³ térfogatú fém felépítését is el tudja végezni. Rugalmasan használható, robusztus gép komplex fém alkatrészek additív gyártásához. A lényegesen nagyobb, 28 literes munkatérnek köszönhetően a termékek széles köre legyártható. A rugalmasság jegyében a hengerek egymással cserélhetők, az elindulási idő minimális. A pormenedzsment a gépen kívül történik, erre külön egység szolgál, miközben egy belső tartály szolgáltatja a hosszú, felügyeletmentes gyártáshoz szükséges fémport.

A berendezést néhány külső egység teszi egésszé. A szitázóállomás vibrációs elven működik, a szitázott port vákuummal továbbítja, a por súlyát méri. Vezérlőegységen keresztül automatikusan működtethető a szitázóegység és adagolható a szitázandó fémpor.

A kicsomagoló állomás segítségével eltávolítható a munkakamrából a fel nem használt por és a maximum 400 mm magasságú elkészített munkadarab. Mivel a műveletek közben a beépített kesztyűt kell használni, a kezelő nem érintkezik a fémporral. Karos kocsit használva a henger egyszerűen behelyezhető a kicsomagoló állomásba. Az állomás a vákuumos továbbítón keresztül juttatja a port a silóba.

A 70 liter űrtartalmú siló a fenti egységekkel együtt teljesen automatizált, felügyelet nélküli szitázást és porutánpótlást tesz lehetővé. Beállítható a folyamathoz használandó por mennyisége.

Szoftver

Az elkészítendő munkadarab tervezését bármelyik, a piacon kapható szoftverrel el lehet készíteni, amely képes STL formátumba exportálni. A fájl ezután CAM-feldolgozásra kerül. A Mysint berendezés az egyszerűen és intuitívan használható Sisma objWiz interfészen keresztül működik, a nagy, 19"-os érintőképernyő még kesztyűvel is használható.

Az objWiz a gép szoftvere (HMI), kifejezetten a Mysint számára készült, és lehetővé teszi a folyamatok összes paraméterét szabályozni, mint:

  • a henger helyzete az ellátási kamrában és a munkakamrában,
  • porszétterítő pozíciója és sebessége,
  • munkakörnyezet hőmérséklete és páratartalma,
  • O2 százalékos mennyisége a munkakamrában,
  • szellőztetés sebessége,
  • semleges gáz átfolyása és nyomása,
  • a munkadarabon alkalmazott lézer állapota.

A programban beléphetünk a munkazónákba, ahova betölthetjük a használni kívánt projekteket. Van lehetőség különböző darabokat gyártani, vagy többször elkészíteni ugyanazt a darabot is. A különböző projektek munkazónákon belüli pozicionálása nagyon hasznos funkció, különféle módokon lehetséges mozgatni, forgatni az elkészítendő darabokat a kívánalmaknak megfelelően.

Az LMF adta lehetőségeket egyre szélesebb körben használjuk. A pár éve még megvalósíthatatlan formákat ma már akár néhány óra alatt a kezünkben is tarthatjuk, kihasználva a technológia adta előnyöket, legyen az szerszámbetétek esetén ciklusidő-csökkentés, funkcionális daraboknál tömegcsökkentés, orvostechnikai eszközöknél a gyorsaság és költséghatékonyság, vagy bármely más kívánalom bármilyen területen.

A Sisma berendezéseire és a forgalmazó Helvet Kft.-n keresztüli támogatására ebben mindenképpen számíthat.

Walter Szabolcs

szabolcs.walter@helvet.hu

Keresés
Bejelentkezés / Regisztráció
Média Partnerek