Pokrok dosažený ve vývoji generativních technologií výrazně přispěl k jejich rozšiřování do dalších oborů, kde lze využít možnost rychlého zhotovení komplexních a vysoce členitých dílců, které konvenčními metodami třískového opracování zhotovit nelze. Získaly se nové zkušenosti i metody, sloužící k tomu, aby bylo možno maximalizovat efekty, plynoucí z jejich nasazení. Dále se rozšířilo spektrum použitelných materiálů ve formě prášku. Nabídka již zahrnuje Al slitiny, Ti slitiny, resp. komerčně čistý titan, korozivzdorné ocele, superslitiny na bázi Ni, bronz, několik druhů nástrojových ocelí a další; současně se zvyšují možnosti výběru velikosti zrna prášku, čímž se dává možnost volby optimální tloušťky vytvářené vrstvy. Mechanické parametry dílců, vytvořených generativní technologií, se přibližují těm, které vykazují dílce z homogenního hutního materiálu. Například pro nástrojovou ocel 1.2709 k práci zatepla uvádí firma Dörrenberg Edelstahl GmbH pevnost v tahu 1500–2000 N/ /mm2 a mez kluzu 1350–1850 N/mm2 v závislosti na tepelném zpracování. Pevnost v tahu, dosažitelná na dílci zhotoveném generativním laserovým spékáním prášku z téhož materiálu se pohybuje mezi 1100–1900 N/mm2 a mez kluzu v rozsahu 950–1800 N/mm2, při čemž i zde je jejich výše odvislá od tepelného zpracování. Průběžně se rozšiřují znalosti jak navrhnout dílec z hlediska optimální topologie, jak jej orientovat v pracovním prostoru stroje. Výsledkem jsou úspory hmotnosti v řádu desítek procent oproti dílci navrženému a zhotovenému konvenční technologií. Ke zlepšení opakovatelnosti výsledků na úroveň požadovanou sériovou výrobou, přispělo i větší poznání zákonitostí vzniku a odstraňování zbytkového napětí, vznikajícího např. vzájemným tepelným ovlivněním jednotlivých vrstev. Produktivita nabízených strojů nyní dosahuje až na 100 cm3 vytvořeného objemu za hodinu (dle zpracovávaného materiálu), stroje jsou schopny pracovat bez obsluhy. Detailní poznání komplexní problematiky generativních technologií jako nezbytný předpoklad jejich zavedení i v dalších oborech přispělo také k tomu, že byly úspěšně zavedeny i v oboru výroby nářadí. Výro ba vstřikovacích forem Produktivita vstřikovací formy je podmíněna udržením jejího optimálního tepelného režimu. K tomu se využívá chlazení kapalinou, která odebírá teplo v částech tepelně nejvíce exponovaných. Se stoupající tvarovou členitostí zhotovovaných dílců vznikl problém, jak zhotovit optimálně umístěné a tvarované chladicí kanály; třískové technologie zde narazily na své hranice. Řešení nabídlo použití tvarových vložek formy, obsahujících optimálně tvarované chladicí kanály blízko povrchu dutiny a použití generativní technologie ke zhotovení těchto vložek prakticky odstranilo jakákoliv omezení při zhotovování nepřístupných struktur a tvarů (obr. 1). Pro výrobu malých sérií lze s výhodou používat generativně zhotovené, rychlovýměnné tvarové vložky forem (Stratasys). Výro ba řezného a upínacího nářadí Zavedení generativních technologií v oboru řezného a upínacího nářadí podnítila nejen možnost neomezené tvarové diverzity dílce, ale současně i nezbytná realita dosažení požadovaných vysokých mechanických parametrů a s ohledem na sériovou výrobu zaručená opakovatelnost výsledků. Proto k jejich zavedení došlo v tomto oboru teprve nedávno – koncem roku 2014 a v průběhu roku loňského. Průkopníkem se stal renomovaný výrobce přesných nástrojů, firma Mapal Dr. Kress Präzisionswerkzeuge. Generativní technologie, použitá k výrobě těl vrtáků QTD, osazovaných vyměnitelnou tvrdokovovou hlavičkou, dovolila vyrábět vrtáky s optimalizovaným průřezem drážky pro chladicí kapalinu (obr. 2) již od průměru 8 mm, a tím rozšířit rozsah průměrů vrtáků QTD směrem dolů o průměry 8–12 mm. Quasi trojúhelníkový průřez chladicího kanálku, který konvenční technologií není zhotovitelný, dovoluje při doporučovaném tlaku 1,6 až 3 barů zvýšit 1,6–2krát objem dopravované chladicí kapaliny oproti standardnímu průřezu ve tvaru „Y“, a tím zlepšit podmínky vlastního řezného procesu a usnadnit odchod třísek. Pro výrobu těl vrtáků se používá technologie laserového spékání dodávaná firmou Concept Laser, která využívá vláknový laser o výkonu 400 W a pracuje pod ochrannou dusíkovou atmosférou. Držáky jsou zhotovovány hybridním způsobem, kdy na jednoduchém tvaru upínací stopky, snadno zhotoveném třískovým obráběním, se vrstvu po vrstvě spéká vlastní tělo vrtáku z nástrojové oceli 1.2709 s produktivitou 6–18 cm3/h. Na základní desce o rozměru 250 × 250 mm se dle požadovaného průměru současně zhotovuje 100, resp. 121 těl vrtáků (obr. 3) a vlastní proces spékání zrychluje stochastická kontrola jednotlivých segmentů, kde spékání probíhá. Laserové spékání dovoluje zhotovit tělo vrtáku ve dvou fázích, kdy se nejprve vytváří houževnaté jádro těla vrtáku, obsahující chladicí kanály a poté tvrdá vnější kůra s vyšší hustotou. Vznikne tak ideální nástroj – houževnatý uvnitř a tvrdý na povrchu; výrobní proces je završen tepelným zpracováním ve vakuu. Že zvolená koncepce je úspěšná, dokazuje i to, že vrtáky jsou dostatečně stabilní i v malých průměrech a velkých délkách. V průměrech 8 mm se dodávají i pro hloubky 8× D. Další novinkou jsou generativně zhotovované výstružníky. Nová technologie dovoluje výrazně snížit váhu obtížně vyvažitelných výstružníků o malém průměru a tím snížit zbytkovou nevývahu. Nástroje se vyznačují optimalizovanou vnitřní voštinovou konstrukcí a do konstrukce zakomponovanými „ostrovy“, které pomáhají nevývahu kompenzovat. V důsledku toho je chod těchto výstružníků klidnější, dosahují lepší kvalitu obrobené plochy a je možno zvýšit jejich otáčky. Zatím posledními nástroji, kam se ve společnosti Mapal generativní technologie rozšířila, jsou přesné hydraulické upínače stopkových nástrojů (obr. 4), schopné přenášet vysoký krouticí moment. Selektivním laserovým spékáním kovového prášku s velikostí zrna 10–45 μm se jako jeden celek zhotovuje upínací část nástrojů včetně komory, rozepínatelné tlakem hydraulické kapaliny. Tím bylo možno opustit koncepci expanzní komory využívající pouzdro, spojené s tělem upínače pomocí letování. Tento spoj představuje slabinu současných hydraulických upínačů. V důsledku jeho použití je limitována maximální provozní teplota na 50 °C a přenášený krouticí moment; oblasti sevření nástroje upínačem mají konvenční hydraulické upínače z konstrukčních důvodů posunuty do větší vzdálenosti od čela upínače, což zhoršuje házivost upnutého nástroje. Použití pouzdra rovněž nedovoluje zmenšit vnější průměr upínače a docílit tak optimální přístup řezného nástroje do hluboké dutiny. Generativní technologie tyto nevýhody eliminuje. Nové hydraulicky rozepínatelné upínače jsou stabilnější, mají povoleno zvýšení provozní teploty na 170 °C, vyznačují se štíhlým obrysem a dodávají se pro průměr stopky nástroje 6, 8, 10 a 12 mm. Závěr V brzké budoucnosti se budou dále prohlubovat komplexní znalosti procesu generativního vytváření dílců, bude se rozšiřovat paleta nabízených softwarových produktů, usnadňujících práci návrhářů i nabídka práškových materiálů. Poptávka po nových nástrojích stoupá a dle sdělení představitelů společnosti Mapal stávající dva používané systémy laserového spékání Concept Laser M1 již kapacitně nestačí i přesto, že jsou využívány 24 hodin denně po 7 dní v týdnu. Výhledově se očekává růst produktivity systémů laserového spékání širším zavedením multilaserových strojů, které mohou nabídnout selektivní proces, tedy variabilitu v tloušťce a kvalitě vytvářených vrstev. Jsou schopny pro relativně nenáročná místa zhotovovaného nástroje využít laseru s vyšším výkonem, prášek s větším rozměrem zrna, a vytvářet tak oblasti z tlustších vrstev naneseného materiálu, resp. z vrstev s menší hustotou, a dosahovat tak vysoké produktivity; naopak pro místa exponovaná po omezenou dobu využívají laser s menším výkonem i prášek, vytvářející přesné a tenčí vrstvy, avšak s nižší produktivitou. Ing. Petr Borovan
