A világ első számú fémmegmunkáló szakkiállításán, a Hannoverben tartott EMO-n, a TRUMPF megmutatta, miként javítja a különböző hőálló anyagok megmunkálási folyamatait a 3D nyomtatási technológia.
Ezek az anyagok gyakran a nikkel-alapú Inconel kimagaslóan hőálló ötvözetei, amelyek károsodás nélkül képesek ellenállni akár az 1000 °C fokos hőmérsékletnek is. Ilyen fémeket alkalmaznak például a gázturbinák, a belső égésű motorok és a fűtési rendszerek alkatrészeihez is, ám ezeket az ötvözeteket nagyon nehéz megmunkálni a hagyományos gyártási eljárásokkal. Marás közben a szerszámok gyakran elakadnak, eltörnek vagy gyorsan elkopnak. Az idei EMO-n a TRUMPF bemutatta, hogyan állíthatók elő az Inconel alkatrészek gyorsabban, olcsóbban és jobb minőségben a 3D nyomtatás segítségével.
A TRUMPF TruPrint 3000 3D nyomtatója tökéletes eszköz az energiaipari alkatrészek előállításához. A TRUMPF ezt a gépet is bemutatta a 2019-es EMO-n
Idő, anyag és szerszám megtakarítás a 3D nyomtatás segítségével
Az anyag leválasztással történő gyártási eljárásoktól – mint a marás vagy az esztergálás – eltérően a 3D nyomtatás alkalmazása esetén nem keletkezik forgácsveszteség, mivel a technológia csak annyi port használ fel, amennyi az alkatrész előállításához ténylegesen kell. Gyakorlatilag nincs szükség utólagos megmunkálásra sem, ami jelentősen csökkenti a szerszámköltségeket. Sőt, a 3D nyomtatás sokkal jobb minőségű termékek előállítását teszi lehetővé, hiszen megkönnyíti a bonyolult geometriák létrehozását. Példának okáért ezzel a módszerrel lényegesen egyszerűbb a belső hűtőcsatornák kialakítása is, amely tovább növeli a legyártott alkatrész teljesítményét és élettartamát. „A hőálló anyagok számos iparág számára kulcsfontosságúak, beleértve az űrkutatást és az energiatermelést is. Reméljük, hogy az EMO-n bemutatott alkalmazások ösztönzik majd az ágazatok szereplőit a technológia használatára” – mondja Volkan Düğmeci, a TRUMPF Additive Manufacturing űrkutatási szektorának egyik vezetője.
A TruPrint 3000 3D nyomtató, amelyet a TRUMPF az EMO-n mutatott be, tökéletes választás a hagyományosan Inconelt is használó alkalmazásokhoz. A hengeralakú, 300 x 400 mm-es építőkamrával rendelkező TruPrint 3000 egy időben több alkatrész előállítására is képes. A rendszer továbbá olyan megoldásokat kínál az automatikus minőségbiztosítás területén, mint például a porágy és olvadékfürdő ellenőrzése. „Ez fontos hozzáadott értéket képviselő tényező az olyan iparágak számára, ahol magas biztonsági és minőségi előírásoknak kell megfelelni, így például a repülőiparban” – mondja Düğmeci. Az Inconel megmunkálása a hagyományos eljárásokkal nehéz és költséges. A szerszámköltségek magasak, mivel a forgácsoló szerszámok gyorsan kopnak az ötvözet megmunkálásakor. Bizonyos esetekben ez rossz hatással lehet a minőségre is, hisz a marógép nem észleli a szerszámkopást. Ezen felül az alkatrészgyártók jelentős mennyiségű anyagot pazarolnak el a forgácsolás során. Az Inconel-ből készült alkatrészek – például turbinalapátok és gázkompresszor járókerekek – általában bonyolult kialakításúak. A marógépek üzemeltetőinek sok esetben az alapanyag akár 80%-át is el kell forgácsolniuk a kívánt alak kialakítása érdekében. Az Inconel kiskereskedelmi ára pedig kb. 100 euró/kg, ami jelentős anyagköltséget jelent.
Két példa, hogyan javította a TRUMPF a hőálló alkatrészek előállítását a 3D nyomtatás segítségével:
Gyors és erőforrás-takarékos: gázkompresszor járókerekek
Az EMO-n bemutatott egyik 3D nyomtatott alkatrész egy Inconelből készült gázkompresszor járókerék volt. Az alkatrészt postai kézbesítő drónok és repülőgépek, valamint kisméretű turbinák üzemeltetéséhez használják. „Ez a járókerék jó példája annak, miként vagyunk képesek kiaknázni a 3D nyomtatásban rejlő erősségeket az Inconel megmunkálása során” – mondja Andreas Margolf, a TRUMPF Additive Manufacturing projektmenedzsere.
A 3D nyomtatás segítségével a TRUMPF a hagyományos technológiákhoz képest fele annyi idő alatt készítette el gázkompresszorhoz való járókereket
A hagyományos gyártási módszerek idő- és erőforrás-igényesek. Az Inconel tömbből történő alkatérszelőállítás, az utómunkával együtt összesen nyolc napot vesz igénybe, mindemellett a gyártási eszközök költségei is magasak. A gyártók jelentős mennyiségű anyagot pazarolnak el, mivel a nyersanyag több mint 80%-a forgácsként végzi. A TRUMPF, TruPrint 3000 3D nyomtatójának segítségével képes volt jelentősen javítani ezt a gyártási folyamatot. A rendszer három járókereket épített egyszerre a nyomtatóplatformon. Az egyes darabok előállításához szükséges idő mindössze négy nap volt, beleértve az utólagos forgácsolást is. Marógépre csak az utómunka során van szükség, aminek köszönhetően az anyagveszteség kevesebb, mint 20%-ra csökkent. A 3D-s mérések pedig az mutatták, hogy a nyomtatott járókerék ugyanolyan minőségi színvonalat képvisel, mint a hagyományos úton előállított darabok.
Alacsonyabb költségek és rövidebb szállítási idők: turbinalapátok
A Toolcraft megbízásából a TRUMPF elkezdett dolgozni a repülőgépek turbinalapát-szegmenseinek 3D nyomtatással történő optimalizálásán. Ezek a lapátok hajtják át a levegő és hajtógáz keverékét a turbinán. A turbina 16 darab íves lapátpengéből áll, amelyek egy közös tengely körül helyezkednek el. Ennek a bonyolult geometriával rendelkező gyűrű alakú kialakításnak a megmunkálása 15 órát vesz igénybe. A gépkezelők programozási feladatai is sokkal bonyolultabbak, csak így lehetnek biztosak benne, hogy a marógép teljes pontossággal állítja elő az alkatrészt. A végső forma három egymást követő marógéppel történő megmunkálás után alakul ki, amelyek során a nyersanyag nagyjából 85%-át eltávolítják. A szerszámköltségek szintén magasak – a nikkel-alapú ötvözetek megmunkálásának szerszámköltsége általában kb. 40%-kal magasabb, mint a hagyományos acéloké.
A Toolcraft megbízásából a TRUMPF 3D nyomtatási technológiával állított elő repülőgép motorokban használt lapátokat. A teljes költségmegtakarítás: 20%
A 3D nyomtatás ebben az esetben is jelentősen hatékonyabb. A TRUMPF TruPrint 3000 rendszere 6 lapátot képes építeni egy időben. A nyomtatási idő pedig darabonként mindössze 6 órára csökken, és az utólagos marási megmunkálási igény is minimális. Az így elért alacsonyabb szerszám- és anyagköltségek 20%-kal csökkentik a gyártás összköltségét. Stefan Auernhammer, aki a Toolcraft-nál a lézeres fémmegmunkálásokért felel azt állítja, hogy a 3D nyomtatás különösen előnyős a pótalkatrészek és a kis tételszámú alkatrészek gyártása esetén. „Ha olyan nehezen megmunkálható anyagokról van szó, mint a nikkel-alapú ötvözetek, a hagyományos módon gyártott alkatrészek általában drágábbak. Ezzel szemben a 3D nyomtatással előállított termékek költsége jóval alacsonyabb. Egy másik előnye a technológiának az, hogy a kész termékek gyorsabban kiszállíthatók, ami gyakran létfontosságú az ügyfelek számára.” A 3D nyomtatás lehetőséget kínál a lapátok továbbfejlesztésére is. Alkalmazásával ugyanis elképzelhetővé válik, hogy üreges szerkezeteket építsenek a lapátok belsejébe, amelyek javíthatják az alkatrészek hőelvezetési tulajdonságait.
ForrásTRUMPF