Nové obráběcí centrum MPA 42 je výkonné a přesné, ale není na prodej. Pokud jde o aditivní výrobu, je Hermle poskytovatelem služeb. Ví, co výrobci forem chtějí — krátké doby cyklu a vysokou kvalitu dílů — a jak toho dosáhnout.
To, co se v novém zařízení MPA 42 od Hermle realizuje, zní paradoxně: pracovní prostor stroje třískového obrábění opouštějí polotovary s větší, nikoliv s menší hmotností. Jak toto funguje, prozrazují tři písmena MPA zkracující název metody nanášení kovového prášku (Metall-Pulver-Auftrag), kterou společnost Hermle uvedla na trh zhruba před sedmi lety. S novou generací strojů získává proces generativní výroby podstatně vyšší přesnost a rychlost. Nový stroj MPA 42 stojí ve firmě Hermle Maschinenbau GmbH (HMG) v Ottobrunnu. Tato stoprocentně dceřiná společnost firmy Maschinenfabrik Berthold Hermle AG působí od roku 2009 na bavorské základně a v průběhu let se vyvinula v poskytovatele služeb pro aditivní výrobu. Ředitel společnosti Rudolf Derntl otevírá dveře zvukotěsného krytu zařízení MPA 42, za kterými se skrývá silně upravené pětiosé obráběcí centrum typu C 42 U. Do pracovního prostoru vedle vřetena vyčnívá tryska, ale není zde žádná stříkací jednotka chladicího maziva. „Lavalova tryska urychluje prášek a nastřeluje jej cíleně na upnutý kovový polotovar,“ vysvětluje. Přehřátá vodní pára a dusík, stejně jako geometrie trysek hrají důležitou roli v tom, aby prášek dosáhl nadzvukové rychlosti a v důsledku deformace při nárazu se spojil s polotovarem. V zadní části zařízení je umístěn vyvíječ páry a pět dopravníků prášku. Všechny nanášené materiály a polotovary mají stejnou tažnost: „Funguje tak velmi mnoho kovů, protože nanášení je založeno na plastické deformaci. Proto musí být tvárný i povrch polotovarů,“ doplňuje ředitel firmy. Kromě ocelí pro obrábění za tepla a za studena s vysokým obsahem uhlíku, běžných pro výrobu nástrojů, se zpravidla používá také měď a ampcoloy [slitina na bázi mědi vyvinutá firmou Ampco Metal — pozn. red.].
Směs materiálů pro vstřikovací formy Měď odvádí teplo mnohem rychleji než zpracovávané nástrojové oceli. Pro konstrukci vstřikovacích forem má proto rozhodující výhodu kombinace materiálů oceli a mědi: „Při aditivní výrobě dostaneme měď do částí nástroje, kde není místo pro chladicí kanálky. Při vstřikování odvádí měděné jádro teplo do nejbližšího chladicího kanálku mnohem rychleji než ocel. Uživatel tak ušetří cenné sekundy při chlazení a zlepší se kvalita povrchu plastových dílů,“ vysvětluje Derntl. Pět os obráběcího centra umožňuje téměř jakoukoli orientaci paprsku prášku na vyráběný díl a zajišťuje tak maximálně svobodné uspořádání. Chladicí kanálky mohou být vytvářeny i přímo na zakřivených površích polotovaru. Tímto způsobem získají i větší vstřikovací formy chlazení v blízkosti obrysů, aniž se aditivně vyrábí celý díl. Jediným limitem je pracovní prostor stroje C 42 U. „V závislosti na geometrii je limit velikosti pro aditivní proces 600 mm do délky a do šířky. Díly jsou však zpravidla menší,“ vysvětluje Derntl. Stroj je také obzvláště vhodný pro výrobu válcových nebo kónických dílů, jako například chladicích pouzder pro předkomůrky. Nanášením materiálu na rotující díl se účinně vyplňují kapsy a kanálky a uzavírají se nástrojovou ocelí. Kromě realizace efektivního chlazení nabízí metoda MPA ještě další zajímavé možnosti použití. Mnoho materiálů se přídavkem tak zhutní, že lze povrch dílů bez problémů vyleštit do vysokého lesku. HMG tedy splňuje i ty nejvyšší požadavky na vstřikovací formy. Pomocí metody MPA mohou být do oceli nebo mědi zabudovány, a tím do nástroje integrovány funkční prvky, jako topné dráty nebo senzory pro monitorování teploty dutiny — ideální pro variotermní vedení teploty. Možnosti technologie MPA se však vyplatí i jinde než při vstřikování. „V trysce na lepidlo vybavené například integrovanými topnými prvky si lepidla udržují ideální teplotu pro zpracování po celé šířce trysky. Senzor v nástroji umožňuje skutečnou regulaci,“ vysvětluje Rudolf Derntl. Silnou stránkou společnosti HMG jsou znalosti toho, kde jsou účinné různé kombinace materiálů, jak co nejlépe rozmístit chladicí kanálky a funkční prvky a jak vyrábět jednodílné tvářecí nástroje. „Neprodáváme stroje, prodáváme know-how,“ vysvětluje ředitel firmy. Tým z Ottobrunnu radí konstruktérům vstřikovacích nástrojů, využívá 3D modely a používá chladicí kanálek, funkční prvek nebo kombinaci několika materiálů k optimalizaci vstřikovaných dílů, které se později vyrábějí tímto nástrojem. „Jinými technologiemi by bylo jen obtížně možné dosáhnout kratší doby cyklu a vyšší kvality dílů,“ zdůrazňuje Derntl.
Software pro přídavky a úběry Aplikační inženýři generují kód pro řízení stroje pomocí vlastního CAM softwaru. Ten obsahuje nejen pohyby po dráze, ale také množství prášku, určité teploty a změnu mezi metodou nanášení materiálu a frézováním. „Vzhledem k tomu, že žádný výrobce CAD/CAM nedokázal naprogramovat speciální střídavý proces — frézování, nanášení, frézování — napsali jsme si software sami. To znamená, že můžeme kdykoli reagovat na speciální požadavky zákazníků,“ dodává ředitel firmy. Jako by odborníci seděli vedle sebe. Po dokončení přípravných prací odešle zákazník svůj polotovar do společnosti HMG. „Až 95 % naší práce je založeno na polotovaru, který si zákazník může sám připravit na své fréze,“ vysvětluje zákaznický poradce Oliver Müller. Do Ottobrunnu přichází díl s vyfrézovanými chladicími kanálky nebo kapsami pro nanášení mědi. Tým HMG zkontroluje přesnost rozměrů polotovaru, a zda byly dodrženy specifikace konstrukce. „Na kapsách nesmí být například žádné zkosené hrany. Pro nanášení prášku potřebujeme ostré hrany,“ vysvětluje Müller.
Nyní začíná být horko Před zahájením procesu přichází díl do topné stanice a zahřívá se na teplotu asi 300 °C. Protože i když se materiál nesvařuje, nejde to úplně bez teploty: pro lepší tažnost je nutné zahřát substrát i kovový prášek. Energie k urychlení prášku se čerpá z vodní páry. Když obě komponenty projdou tryskou, prášek dosáhne potřebné nadzvukové rychlosti. Aby teplota zůstala konstantní i během obrábění, MPA 42 ohřívá díl až do posledního úběru třísek. „Tímto způsobem zabraňujeme teplotním gradientům, které způsobují napětí, praskliny nebo deformace,“ vysvětluje Rudolf Derntl. Při výrobním procesu se materiál střídavě nanáší a třískově obrábí. Po nanesení prášku se do nového materiálu vyfrézují detaily, jako jemná žebra, chladicí kanálky se naplní kovovým materiálem rozpustným ve vodě a nanášením metodou MPA se zase uzavřou vrstvou oceli. „Výplňový materiál můžeme později vypláchnout ve vodní lázni, a získat tak požadované dutiny,“ vysvětluje Müller. S práškovým paprskem se dosahují rychlosti nanášení 200 až 400 cm3/hod, u mědi je možných téměř 1 000 cm3. „Náš nový stroj nás udržuje na aktuální technické úrovni a můžeme tak naši technologii MPA posunout na vyšší výkonnostní úroveň. Je těžištěm naší nabídky služeb,“ zdůrazňuje ředitel firmy. Za důležité považuje realizovat všechny procesy interně ve firmě — od poradenství, optimalizace a testování proveditelnosti až po analýzu materiálu a závěrečnou kontrolu kvality. „Díky tomu jsme agilní a chráníme naše know-how i know-how našich zákazníků.“ /www.hermle.de/
