Čas od času se v průmyslu objeví nové technologie, které od základů změní celé odvětví. Takové technologie ovlivní dosavadní praxi a umožní vyrábět existující produkty rychleji, levněji nebo přesněji. Ale opravdu revoluční technologie přinášejí takovou změnu, aby konstruktéři mohli namísto stávajících dílů navrhovat součástky zcela odlišné od těch předchozích. REVOLUČNÍ TECHNOLOGIE VSTUPUJE DO PRAXE Takovou změnou byl v minulosti nástup CNC obráběcích strojů, zavádění CAD/CAM systémů, rozvoj souřadnicových měřicích strojů a také nasazení laserů. Nejnovějším trendem ve strojírenské výrobě jsou technologie Additive Manufacturing. Additive Manufacturing je obrácený proces oproti třískovému obrábění. V průběhu obrábění se vrstvy materiálu odebírají, zatímco technologie Additive Manufacturing materiál vrstvu po vrstvě přidává. Additive Manufacturing pracující s kovovými materiály má šanci být jednou z takto revolučních technologí. A právě nyní se nachází na začátku svého rozšíření do strojírenské praxe. Možná to tak ani nevypadá, ale s laserovými technologiemi žijeme už více než 50 let. Za tu dobu lasery pronikly do téměř všech oblastí života. Vždyť jen v sortimentu společnosti Renishaw se vyskytují v produktech pro biomedicínu, materiálovou analýzu, stavbu lodí, molekulární diagnostiku a samozřejmě i přesné měření. Renishaw využívá v oblasti Additive Manufacturing technologii označovanou také jako Selective Laser Melting. Tento termín můžeme přeložit například jako „lokální laserové tavení“ nebo třeba „místní natavování laserem“. Zpravidla však zůstává skryta pod zkratkou SLM. Ať je však označována jakkoliv, zcela jistě má potenciál pro další rozvoj a růst. Základem všeho je kovový prášek a výkonný laser. Energie laserového paprsku lokálně nataví tenkou vrstvu kovového prášku, který se postupně vrstvu za vrstvou spojí do pevné a homogenní 3D struktury. Z CAD MODELU PŘÍMO DO KOVU SLM je jedním z procesů Additive Manufacturing, který umožňuje pomocí výkonného laseru produkovat homogenní kovové dílce přímo z prostředí CAD. Dílce jsou vystavěny z jemných kovových prášků v tenkých, cca 20 až 100 mikronů silných vrstvách, ty jsou v řízené ochranné atmosféře lokálně natavovány jedna za druhou prostřednictvím laseru. Tato technologie se již dnes využívá v produkci medicínských implantátů vyráběných na míru pacientovi, v leteckém průmyslu a motoristickém sportu při produkci speciálních odlehčených materiálů a konstrukcí. Technologie je velmi zajímavá i pro konstrukci a vývoj tepelných výměníků, částí vstřikovacích forem, dentálních náhrad apod. Společnost Renishaw klade velký důraz na vysokou úroveň bezpečnosti práce při zpracování tak toxických materiálů, jako jsou titan a hliník. Výrobní proces omezuje na minimum emise a také manipulace s materiálem je velmi dobře zabezpečena. Kromě toho lze většinu materiálu opětovně použít v dalších pracovních cyklech. V průběhu výroby tak nevzniká téměř žádný odpad. Základem všeho je kovový prášek a výkonný laser. Model součásti z CAD aplikace je třeba nejprve virtuálně rozřezat na jednotlivé vrstvy. Posuvná lamela rozprostře na pracovním stolku stroje tenkou vrstvu kovového prášku o tloušťce 20 až 100 mikronů. Energie laserového paprsku 2D řez lokálně nataví a kovový prášek se spojí do pevné a homogenní 2D struktury. Následuje nová vrstva prášku a natavení další vrstvy, která se spojí s vrstvami předchozími. Celá operace se opakuje tak dlouho, dokud není vystavěn celý požadovaný 3D díl. TECHNOLOGIE Tavení práškového kovu probíhá v ochranné atmosféře. Kvalita materiálu výsledného dílce těsně souvisí s obsahem kyslíku v pracovním prostoru stroje. Pro dosažení homogenní struktury je třeba eliminovat kyslík z pracovní komory. Stroje AM125 a AM250 společnosti Renishaw proto nejprve vyčerpají vzduch z pracovního prostoru a do vzniklého vakua doplní ochranný plyn argon. Čistota pracovní atmosféry je udržována na úrovni 0,1 % objemového množství kyslíku (1000 ppm) a pro zpracování titanu dokonce na úrovni 0,01 % (100 ppm). Díky tomu se dosahuje vysoce homogenní struktury výsledného dílu bez porozity. BEZPEČNOST PRÁCE Práškové kovy jsou vysoce toxickým materiálem, který vyžaduje velmi opatrnou manipulaci. Pracovníci obsluhující stroj pro laserové sintrování kovů musí používat dýchací celoobličejovou masku a speciální ochranný oblek. Stroje Renishaw AM125 a AM250 nabízejí zcela novou úroveň bezpečnosti práce. Díky tomu může operátor stroje používat pouze lehký respirátor a běžný pracovní oděv. Celý stroj představuje uzavřený systém s ochrannou atmosférou. Prášky jsou uzavřeny pod ochrannou atmosférou v kovových lahvích opatřených bezpečnostním ventilem. I výměna nebo doplnění prášků do stroje probíhá po většinu času pod ochrannou atmosférou a v uzavřeném cyklu. APLIKACE A MATERIÁLY První uživatelé technologie SLM v medicínských aplikacích v ortopedii a zubním lékařství vysoce oceňují možnosti výroby komplexních struktur a složitých tvarů z velmi těžkoobrobitelných materiálů, jako je titan nebo dentální chromkobaltové slitiny. Avšak k dispozici jsou i další materiály, například hliník, nerezová ocel nebo těžkoobrobitelné ocelové slitiny. Počínaje zubní korunkou nebo můstkem přes ortopedický implantát na míru až po hromadnou produkci hybridních struktur – všude tam má technologie SLM potenciál otevřít nové možnosti výroby dosud nepředstavitelných dílců. Nové způsoby integrace implantátů do kostních tkání v ortopedii vedou k většímu pohodlí pacienta. Nové odlehčené komponenty slouží leteckému průmyslu a formuli 1. Nástrojové řezné plátky jsou schopné odvádět teplo. SLM dává konstruktérům svobodu vyvíjet takové struktury a tvary, které by nebyly dosažitelné tradičními technologiemi nebo které by vyžadovaly extrémní náklady na výrobní dávku. SLM nemůže nahradit třískové obrábění, může ho však doplňovat coby výrobní technologie integrující v budoucnu také tepelné zpracování a povrchové úpravy. Již dnes však může nabídnout podstatné zkrácení výrobního času, snížení nákladů na nástroje a úsporu materiálu.
