3D fémnyomtatás – A lézeres fémfúzióban rejlő lehetőségek
3D fémnyomtatás
A lézeres fémfúzióban rejlő lehetőségek
A hagyományos forgácsolásos megmunkálás mellett egyre többet hallani a 3D fémnyomtatásról, mint alternatíváról. A technológia ugyan már hosszú évek óta létezik, de annak magas költsége miatt csak jellemzően a különösen nagy hozzáadott értéket képviselő termékek esetében alkalmazták. A technológia tökéletesedésével és elterjedésével együtt viszont mára bizonyos modellek elérhető árszintre kerültek.
A lézeres fémfúzió (LMF) az additív gyártási technológiák (additive manufacturing) közé tartozik. Használatával már nem korlátozzák a tervezést és a képzeletet, hiszen a forgácsolással történő megmunkálhatóság velejárói. Gyakorlatilag bármilyen külső/belső formájú test létrehozható, amire szükség lehet, jellemzően a prototípus vagy kisszériás gyártás, autóipari alkatrészek, formaadó betétek készítése, fogászati- vagy a test más részén használatos implantátumok területén vagy bárhol, ahol a kívánt munkadarab mechanikus vagy szikraforgácsolással nem hozható létre.
A lézeres fémfúzió (LMF) – definíciója szerint – egy olyan additív gyártási eljárás, melynek során nagyteljesítményű lézert használva 10-70 mikrométer közötti szemcseméretű fémport olvasztunk meg 3D tárgyak készítéséhez, melyek műszaki jellemzői hasonlóak vagy inkább még jobbak, mint a hagyományos eljárásokkal készített munkadaraboké.
Lézeres fémfúzió segítségével 99,8%-nál nagyobb sűrűség érhető el, a készített alkatrész mechanikai tulajdonságai lényegesen felülmúlják azt.
A fémpor felrakására többféle eljárás létezik
A legelőnyösebb változatban a poradagoló helyett összesen három henger található. A művelet a munkadarab elkészítéséhez szükséges mennyiségű port tartalmazó hengerrel indul. Ennél a gyártási eljárásnál a porkezelési rendszer révén a teljes művelet felügyelet nélkül zajlik le. A por adagolása az igényeknek megfelelően optimalizálva történik, hulladék nélkül. A poradagolási műveletet csakis egyszerű, nem bonyolult alkatrészek végzik, melynek révén biztosítható a magas megbízhatóság. Az eljárás jellemzője, hogy egyszerűen lehet más típusú por használatára áttérni, azokat váltogatni. Ehhez csupán a munkakamrát, a hengereket és a dugattyúkat kell megtisztítani. Nagy előnye még a módszernek, hogy a por szétterítése egy irányban történik, nem oda-vissza. A hengerbe maximálisan tölthető por egyben megadja az elkészíthető munkadarab magasságát is.
Sisma Mysint
A Sisma lézerhegesztő és jelölő/gravírozó berendezéseit már számos vállalat megelégedettséggel használja Magyarországon is. Hazai képviseletére, a Helvet Kft-re az LMF technológia esetében is számíthat.
A Mysint révén a hagyományos technológiákkal ellenben a tömeg, a kreativitási és technológiai megvalósíthatósági korlátok nem jelentenek akadályt. A 3D file-ból rövid idő alatt és alacsony költség mellett elkészített munkadarab – akár prototípus, akár funkcionális darab – tömegében, formájában, méretében megfelel a megtervezett darabnak. A Mysint új területet ad az iparnak, a prototípus-készítés mellett a sorozatgyártásnak, a földrajzi korlátokon átlépve rendkívüli mértékben lecsökkenti a gyártáshoz szükséges időt és a működési költségeket.
Az LMF eljárás során a fémpor lézeres olvasztása egy előzőleg elkészített 3D CAD modell alapján történik. A folyamat egy munkakamrán belül zajlik, közömbös környezetben, azért, hogy a fém fúziója oxidáció nélkül legyen biztosítva, és ennél fogva magának az anyagnak a megváltozása nélkül menjen végbe. A használható por szemcsemérete átlagosan 10 és 50 mikron közötti, és jellemzően az elérendő szerkezeti és felületi minőségtől függ. Az olvasztás rétegről-rétegre történik, melynek vastagsága 20 és 100 mikron között változtatható. A port egy szabadalmaztatott, dönthető lapát oszlatja el egyenletesen a felületen, a nem használt port pedig a gyűjtőtartályba juttatja. A porréteg egyenletes felhordása után a lézer összeolvasztja a fémport a forma adott helyének megfelelően, kialakítva így a forma szóban forgó rétegét. A munkakamrában a hőmérséklet 200 °C-os, hogy megelőzzük a keményedési szakaszban a deformálódást. A munka végeztével a hengerek könnyen kivehetők.
Porágy monitorozás – a kamerák és a szoftver kombinált használata lehetővé teszi a fúzió minőségének és a folyamat stabilitásának ellenőrzését. Minden egyes réteg végeztével fotó készül a por szétterítése előtt és után, a LEDeket különböző pillanatokban bekapcsolva. A munkasíkból kiálló részek által vetített árnyékok így láthatóvá lesznek, megadva a kiállás mértékét. A rendszer figyelmezteti a kezelőt, ha olyan hibát észlel, ami az előre beállított biztonsági határértékeket eléri, és megállítja a műveletet
Korlátok nélküli kreativitás – a Mysint végtelen kreativitási szabadságot ad tervezőknek, akár a mozgó részeket és mechanikákat tartalmazó formák esetében is.
Csökkentett tömeg és költségek – a trabekuláris rácsos szerkezetnek köszönhetően a Mysint által készített formák különösen könnyűek és erősek azáltal, hogy csak oda épít fémet, ahol arra szükség van.
A maradvány por – akár hagyományos fém, akár nemesfém – teljes mértékben visszanyerhető későbbi használatra.
Idő – az elképzelés és a valós, létező darab elkészülése közötti idő az LMF technológiának köszönhetően jelentősen rövidebb.
Maximális gyártási rugalmasság – a Mysint használatával nincs minimális gyártási mennyiség.
A Sisma Mysint révén a földrajzi távolságok sem jelentenek akadályt: a CAD file-ok a világ bármely pontjára küldhetők és feldolgozhatók, ahol maga a berendezés található.
Nincs szükség szerszámcserére, mivel a hagyományos forgácsolással ellentétben az LMF technológia nem igényel szerszámokat.
Két méret
Az LMF technológiát alkalmazó Mysint termékcsalád két méretben kínálja a technológia nyújtotta előnyöket.
A kisebbik, Mysint100 készülékkel maximálisan d100 x 100 mm-es darabok készíthetők. A 200 W teljesítményű fiberlézer jellemzően 20-40 µm közötti vastagságú rétegekkel építi fel a munkadarabot.
A berendezés különlegességei:
- Szabadalmaztatott, optimalizált gáz menedzsment, mely révén jobb fúziós eredmények és rendkívül alacsony üzemeltetési költségek érhetők el. Nitrogén használatával a gáz költsége óránként mindössze 10 eurocent.
- Szabadalmaztatott por lerakási rendszer, mellyel jelentős időmegtakarítás érhető el.
- Nagy hatékonyságú gázszűrők.
- Portömörség, így egyszerű a karbantartás és tisztítás.
- Az eredmények megismételhetők és megbízhatóak.
- Külön egység a munkatérnek és külön egység az elektronikának, így könnyebb a szállítás, mozgatás.
- A szigetelt kamra miatt jelentősen kisebb a gázfogyasztás.
- A nyitott rendszernek köszönhetően szabadon változtathatóak a paraméterek, a piacon beszerezhető bármilyen anyaggal használható.
- A rétegenként szabályozott dinamikus túltöltési rendszer optimális porfelhasználást és eredményeket tesz lehetővé.
A nagyobbik, Mysint300 berendezés akár d300 x 400 mm-es forma készítésére is alkalmas. Az 500 W-os lézerforrás 20-100 µm vastagságú rétegeket hoz létre, így óránként akár 25 cm³ térfogatú fém felépítését is el tudja végezni.
Rugalmasan használható, robusztus gép komplex fémalkatrészek additív gyártásához. A lényegesen nagyobb, 28 literes munkatérnek köszönhetően a termékek széles köre legyártható. A rugalmasság jegyében a hengerek egymással cserélhetők, az elindulási idő minimális. A pormenedzsment a gépen kívül történik, erre külön egység szolgál, miközben egy belső tartály szolgáltatja a hosszú, felügyelet-mentes gyártáshoz szükséges fémport.
A berendezést néhány külső egység teszi egésszé.
A szitázó állomás vibrációs elven működik, a szitázott port vákuummal továbbítja, a por súlyát méri. Vezérlőegységen keresztül automatikusan működtethető a szitázóegység, és adagolható a szitázandó fémpor.
A kicsomagoló állomás segítségével eltávolítható a munkakamrából a fel nem használt por és a maximum 400 mm magasságú elkészített munkadarab. Mivel a műveletek közben a beépített kesztyűt kell használni, a kezelő nem érintkezik a fémporral. Karos kocsit használva a henger egyszerűen behelyezhető a kicsomagoló állomásba. Az állomás a vákuumos továbbítón keresztül juttatja a port a silóba.
A 70 liter űrtartalmú siló a fenti egységekkel együtt teljesen automatizált, felügyelet nélküli szitázást és por utánpótlást tesz lehetővé. Beállítható a folyamathoz használandó por mennyisége.
Szoftver
Az elkészítendő munkadarab tervezését bármelyik, a piacon kapható szoftverrel el lehet készíteni, amely képes STL formátumba exportálni. A file ezután CAM feldolgozásra kerül. A Mysint berendezés az egyszerűen és intuitíven használható Sisma objWiz interfészen keresztül működik, a nagy, 19”-os érintőképernyő még kesztyűvel is használható.
Az objWiz a gép szoftvere (HMI), kifejezetten a Mysint számára készült, és lehetővé teszi a folyamatok összes paraméterét szabályozni, mint:
- a henger helyzete az ellátási kamrában és a munkakamrában,
- por szétterítő pozíciója és sebessége,
- munkakörnyezet hőmérséklete és páratartalma,
- O2 százalékos mennyisége a munkakamrában,
- szellőztetés sebessége,
- semleges gáz átfolyása és nyomása,
- a munkadarabon alkalmazott lézer állapota.
A programban beléphetünk a munkazónákba, ahova betölthetjük a használni kívánt projekteket. Van lehetőség különböző darabokat gyártani vagy többször elkészíteni ugyanazt a darabot is.
A különböző projektek munkazónákon belüli pozícionálása nagyon hasznos funkció, különféle módokon lehetséges mozgatni, forgatni az elkészítendő darabokat a kívánalmaknak megfelelően.
Az LMF adta lehetőségeket egyre szélesebb körben használjuk. A pár éve még megvalósíthatatlan formákat ma már akár néhány óra alatt a kezünkben is tarthatjuk, kihasználva a technológia adta előnyöket, legyen az szerszámbetétek esetén ciklusidő csökkentés, funkcionális daraboknál tömegcsökkentés, orvostechnikai eszközöknél a gyorsaság és költséghatékonyság, vagy bármely más kívánalom bármilyen területen.
A Sisma berendezéseire és a forgalmazó Helvet Kft-n keresztüli támogatására ebben mindenképpen számíthat.
