Nový hybridní proces s označením SMaC kombinuje laserové nanášení materiálu se soustružením, broušením nebo frézováním. Technologie umožňuje rychlé a efektivní nanášení vysoce pevných nátěrových materiálů a využívá možnosti snadnějšího opracování ještě před tím, než povrchy dosáhnou maximální tvrdosti.
Povlaky jsou něco jako skrytí šampioni: mnohdy si jich sotva všimnete, přesto vykazují výrazné přínosy. Pomáhají chránit komponenty před korozemi a mnoha druhy poškození a opotřebení. Zlepšují fyzikální nebo chemické vlastnosti povrchů součástí nebo jim dodávají určité funkce. Díky izolačním či odrazovým vlastnostem mohou dokonce pomoci šetřit energie.
SMaC umožňuje současné nanášení tvrdého povrchu a jeho mechanické opracování. Mimo jiné tak lze rychleji a se sníženým opotřebením nástroje vyrábět ochranné povlaky proti korozi a opotřebení či funkční povrchy © Fraunhofer ILT
Nový, patentovaný kombinační proces SMaC (simultaneous machining and coating) vyvinutý ve Fraunhoferově institutu pro laserovou technologii ILT (Fraunhofer Institut für Lasertechnik) ovšem energetickou stopu vylepšuje i jiným způsobem:
„Zkombinovali jsme mechanické obrábění s extrémně vysokorychlostním laserovým nanášením materiálu EHLA (extreme high speed laser application — viz článek níže) v jediném procesním kroku,“ vysvětluje Viktor Glushych, vedoucí skupiny Coating LMD and Heat Treatment ve Fraunhoferově ILT. „To nám umožňuje výrazně zkrátit dobu zpracování,“ říká. V závislosti na profilu požadavků a nátěrovém materiálu lze dobu zpracování zkrátit o více než 60 %.
SMaC řeší zásadní problém vysoce pevných ochranných povlaků, které chrání proti korozi a opotřebení: čím tvrdší povlak, tím lepší ochrana, ale složitější následné zpracování. Jedinečné na SMaC je to, že využívá zbytkové teplo generované v procesu EHLA.
Bezprostředně po nanesení laserového materiálu vykazují povlakové materiály pouze zlomek své tvrdosti, protože je zde zbytkové teplo několik set stupňů Celsia. Při mechanickém zpracování, které probíhá paralelně, může být nástroj provozován při vyšších řezných rychlostech, protože je povlakový materiál měkčí, pokud je zpracováván bezprostředně po jeho nanesení.
„Se SMaC můžeme ekonomicky nanášet povlaky odolné proti korozi a opotřebení. Dosahujeme výrazně vyšší kvality povrchu a potenciálně delší životnosti nástroje než při obvyklém sekvenčním obrábění,“ vysvětluje Glushych. Procesem EHLA lze zpracovávat vysokopevnostní povlakové materiály — dokonce i vysoce entropické slitiny nebo kovové sklo, které lze jen stěží obrábět běžnými metodami.
Široká škála aplikací pro SMaC
SMaC umožňuje uživatelům „lakovat“ součásti vysoce produktivním, ekonomickým a všestranným způsobem. Nový proces je však zajímavý i z ekologického hlediska, protože komponenty mohou při používání zůstat nepoškozené výrazně déle a jejich výměna tak bude méně častá.
„SMaC rozhodujícím způsobem prodlužuje životnost, provozní cykly a intervaly údržby komponentů, sestav a celých strojů,“ vysvětluje Glushych. „To zvyšuje surovinovou a energetickou účinnost komponent a minimalizuje prostoje strojů.“
Méně náhradních dílů znamená menší spotřebu surovin, méně údržby, méně dopravy a skladování. Pro mnoho společností to znamená, že mohou pracovat samostatněji a spolehlivěji plánovat — jinými slovy dosahují větší odolnosti výroby. Některé firmy v posledních letech například zpomalily velmi dlouhé dodací lhůty funkčních kovových součástek. SMaC by pomohl tomuto trendu čelit.
„SMaC je efektivní a šetří energii, čas i zdroje,“ popisuje výhody Glushych. Proces je v zásadě vhodný pro všechny aplikace, ve kterých byly součásti předem potaženy a následně opracovány. Lze jej použít například k výrobě povlaků pro ochranu proti korozi a opotřebení, povlaků s tvrdými a měkkými magnetickými vlastnostmi nebo k výrobě extrémně odolných povlaků kluzných ložisek a dalších funkčních povrchů.
Schematické znázornění simultánního povlakování a obrábění (SMaC). Povrchové materiály s vysokou tvrdostí jsou opracovány ihned po nanesení pomocí laserové technologie. Nový proces je rychlejší a ekonomičtější než konvenční metody © Fraunhofer ILT
Uplatnění nalezneme například v energetice a celém odvětví mobility — všude tam, kde jsou vyžadovány vysoce namáhané rotačně symetrické komponenty. Například v chemickém průmyslu musí povrchy odolávat vysoce agresivním látkám. V těžbě nástroje SMaC úspěšně chrání před opotřebením. Oblasti použití jsou nejen četné, ale také rozmanité.
Glushych myslí o krok napřed: „V kontextu nadcházejících předpisů Euro 7 je povrchová úprava brzdových kotoučů EHLA považována za velmi slibné řešení pro snížení emisí pevných částic při brzdění. Díky simultánnímu lakování a obrábění můžeme některé povlaky brzdových kotoučů vyrábět rychleji a produktivněji,“ uvažuje.
„Další aplikací, kterou chceme otestovat, je výroba vícemateriálových povlaků v technologii baterií.“ Vědec si je jistý, že tento nový kombinovaný proces otevře v blízké budoucnosti mnoho nových oblastí použití pro technologii lakování na bázi laseru.