Šíření koronaviru narušilo mimo jiné řadu oblíbených seminářů pořádaných společností Misan. Protože delší dobu nelze realizovat přímá setkání, bylo nutno přistoupit k novým formám prezentace, které odpovídají pandemickým podmínkám. Již loňský únorový seminář „Novinky 2.0“ a následující listopadový, nazvaný „Inovace v obrábění“ dostaly virtuální podobu s prezentací odborných přednášek a doprovodných videí. Přihlášení účastníci však postrádali přímý kontakt s přednášejícím a možnost klást otázky. Proto byl prosincový seminář, věnovaný novinkám a trendům z oblasti kovových aditivních technologií, uspořádán na platformě Webex Meetings, která přihlášeným dovoluje aktivní přístup do diskuse přednášejícího s ostatními účastníky. Seminář trval déle než tři hodiny a zúčastnila se jej více než stovka zájemců o aditivní technologie a řada z nich právě možnost diskuse aktivně využila. Zájem byl např. o problematiku certifikace aditivně zhotovených dílců pro letecký průmysl. Díky úsilí specialistů společnosti Misan, jejich zkušenostem a možnostem použité platformy se podařilo, že úroveň semináře výrazně přesáhla pouhé předčítání suchých čísel z prospektů, se kterým se leckde ještě můžeme setkat. Seminář nebyl věnován pouze popisu aditivních technologií, ale byly akcentovány vzájemné souvislosti mezi jednotlivými konstrukčními, technologickými, výrobními a nákladovými aspekty používaných technologií. Byl tak představen komplexní pohled na celou problematiku aditivní výroby a všechny segmenty výrobního řetězce. Zájemce mohl získat představu, jakým způsobem hledat optimální řešení pro konkrétní výrobní záměr. Pro bližší seznámení probereme prezentovaná témata:
Technologie a jejich porovnání Seminář byl věnován aditivním technologiím, vytvářejícím dílec z kovového prášku – především selektivnímu laserovému tavení v práškovém loži (LPBF – laser powder bed fusion), tavení prášku elektronovým paprskem (EBM – electron beam melting) a vysoce produktivní technologii Binder Jet pracující s kovovým práškem a kapalným pojivem. Technologie LPBF a EBM staví dílec vrstvu po vrstvě s tím, že tvar a velikost každé vrstvy určuje průměr svazku paprsku a jeho dráha po vrstvě, při čemž dochází k tavení prášku na zasažených místech a vytváření pevné struktury (obr. 1). V průběhu prezentace se zdůraznila nezbytnost přizpůsobení výrobních parametrů materiálu i prášku a jejich vzájemného odladění – tloušťky vrstvy, výkonu laseru, průměru svazku, skenovací rychlosti, řádkování, strategie tvorby dráhy svazku po vrstvě a hustoty energie. Vyřešení těchto vzájemných vztahů je předpokladem optimální kvality i ceny stavěného dílce. Pro lepší porozumění byla zmíněna řada aplikací pro medicínu, automobilový průmysl a letectví včetně ekonomických přínosů (obr. 2).
Používané materiály, parametry prášku Na trhu je řada práškových materiálů pro kovové aditivní technologie. Nabízejí se hliníkové slitiny, ušlechtilé oceli, slitiny titanu a niklu (Inconel 718 a 625) nebo drahé kovy využívané ve šperkařství či pro dentální účely; každý vyžaduje individuálně přizpůsobenou technologii (např. z hlediska řešení převisů, citlivosti na teplotní deformace nebo speciálních nároků na polohu stavěného dílce). Používané zrnitosti se pohybují prakticky od nuly do 150 μm. Pro nejvíce používané technologie se využívá rozsah 10–75 μm pro laserové tavení v práškovém loži a 25–110 μm pro tavení elektronovým paprskem. Zrnitosti 50–150 μm využívá technologie LMD (laser metal disposition) na centrech Okuma Multus Laser EX a MU Laser EX, kdy je nová struktura vytvářena práškem, nanášeným na základní povrch dílce tryskou laserové hlavy. V rámci akce byly poskytnuty informace o specifických požadavcích jednotlivých druhů prášků a vlivu zrnitosti na produktivitu výroby a kvalitu zhotoveného dílce a přednášející nevynechal ani specifika sférických tvarů zrn či vlastnosti směsí ze zrn různé velikosti (obr. 3).
Stroje a jejich parametry Společnost Misan dováží a uvádí do provozu pětiosá supermultifunkční centra Okuma řady Laser EX pro hybridní zhotovování prizmatických i rotačních dílců, stroje ConceptLaser s technologií lokálního natavování prášku po vrstvách v práškovém loži (LPBF) s velikostí pracovní komory od 50 × 70 × 70 mm až po 800 × 400 × 500 mm (obr. 4). Produktivita se v závislosti na typu stroje, druhu nanášeného materiálu a geometrie dílce pohybuje od 1 do 120 cm3/hod. Pro zajištění kvality slouží devět modulů pro řízení jakosti výroby a průběžné sledování procesu, zahrnující kontrolu taveniny v reálném čase, kontrolu nanášení prášku, kontrolu stavebního procesu v živém přenosu či průběžné sledování výkonu laseru a pracovní atmosféry. Díky nim lze úspěšně čelit nejčastějším poruchám, jako jsou nedostatečné protavení materiálu, propaly, plynná porozita a geometricky pravidelná porozita, ať už podpovrchová, meziřádková, mezivrstevní, či meziostrovní. Od roku 2019 nabízí Misan též stroje ArcamEBM, které využívají technologii tavení prášku pomocí elektronového paprsku (obr. 5). Tato technologie je oproti LPBF produktivnější, vhodná pro větší série a nepotřebuje dodatečné tepelné zpracování pro odstranění pnutí podle doporučení dodavatele materiálu. Není však schopna vytvořit tak jemné struktury jako LPBF a musí respektovat omezení při vytváření vnitřních struktur.
Doporučené postupy při zavádění aditivních technologií Pro úspěšné zavedení aditivní technologie je nezbytné předem stanovit relevantní parametry, tedy volbu materiálů zamýšlených výrobků, nezbytnou velikost pracovní komory stroje, požadované produktivity, počet a výkon laserů, nutné technologické odstávky, dobu výměny materiálu, předpokládanou opakovatelnost procesu a systém sledování kvality. Důležité je zvolenou technologií zhotovit zkušební dílec, ověřit navržený systém podpor, dosažení požadované produktivity a vyhodnotit mechanické vlastnosti a dosažitelnou kvalitu povrchu dílce. Při rozhodování o novém výrobku, který se bude vyrábět na stávajícím zařízení, je nutno ctít technologická pravidla stavby dílce a řešit optimalizaci jeho tvaru pro využití všech přínosů aditivní výroby. Nezbytné jsou rovněž minimalizace stavební výšky dílce, fixace počátečních ostrovů, volba opatření pro snížení pnutí i specifikace převisů a stanovení počtu a druhu podpěr. Pro omezení deformací je nutná správná orientace dílce v pracovní komoře a vhodná poloha otvorů, které se budou stavět (kolmo nebo vodorovně). Je nutné zvážit také očekávané teplotní deformace a včas zvolit protiopatření: zvolit vhodný způsob uvolnění dílce od základny či způsob odstranění podpěr. Uvedeny byly i příklady problematických geometrií včetně možností zlepšení.
Ekonomická efektivnost Při hodnocení ekonomické efektivnosti se nejčastěji chybuje nedostatečným zohledněním komplexnosti celé problematiky. Snížení počtu vyráběných dílců v sestavě, snížení nákladů na zhotovení potřebných rozhraní, eliminace řetězení tolerancí, zjednodušení logistického řetězce, redukce počtu skladových položek, jednodušší certifikace mají obdobný význam jako velikost pracovního času. Je třeba zohlednit i zvýšení užitné hodnoty dílce. Vyšší produktivita vstřikovacích forem a lepší kvalita výlisku v důsledku optimalizovaného chlazení dutiny formy, rovnoměrnost ohřevu formy a odlehčení formy pro velké výlisky z vláknových kompozitů, možnost tváření plechů nástroji s řízeným teplotním režimem nebo porézní struktury kloubních náhrad dovolující rychlejší prorůstání živou tkání představují jen vybrané příklady. Proto lze jen doporučit spolupráci se společností, která má se zaváděním aditivní výroby dostatek zkušeností. /Ing. Petr Borovan/
