Aditivní technologie a přesné nástroje

VÝHODY A NEVÝHODY

Nespornou výhodou aditivních technologií je možnost pouze na základě digitálních podkladů vyrábět prakticky neomezené 3D tvary, a to jak vnitřní, tak vnější. Aditivními technologiemi lze s výhodou vytvářet nekonvenční struktury, obtížně zhotovitelné tvary vnější i tvary dutin nebo nahrazovat sestavu několika třískově obrobených dílců jedním dílcem, vytvořeným aditivně. Pro zhotovování přesných nástrojů a jejich komponent se jako výchozí materiál po- užívají především kovové prášky. V současné době jich trh nabízí velké množství, umožňující jak optimální výběr specializovaných materiálů (oceli martenzitické, korozivzdorné, titanové slitiny, slitiny na bázi niklu či lehkých kovů, materiály pro medicinské použití a řadu dalších), tak i volbu optimální velikosti částic prášku.
Velikost dílce je omezena velikostí pracovního prostoru (běžně 400 × 400 mm). V případě zhotovování složitých dílců je někdy nutné stejnou technologií vytvářet podpěrné struktury, které slouží ke stabilizaci dílce nebo pro zamezení jeho tepelných deformací během procesu. Tyto podpěrné struktury se musejí koncem výrobního procesu třískově odstranit stejně tak, jako je nutné dílec oddělit od pracovní platformy, na níž se vytváří. Třískovým obráběním je nutno dokončit vnější funkční plochy (např. upínací kužele nebo přesné otvory), protože dosud používané aditivní technologie pro zhotovování kovových dílců nejsou schopny dodat povrch v kva-litě, požadované při výrobě přesných nástrojů. Pro odstranění tepelných pnutí a pro dosažení požadovaných mechanických vlastností dílce se před závěrečné třískové opracování zařazuje ještě tepelné zpracování.
Dílce se zhotovují v práškovém loži vrstvu po vrstvě, s tloušťkou vrstvy řádově 0,02 až 0,1 mm. S větší tloušť-kou vrstvy sice klesá čas operace, ale zhoršuje se přesnost i kvalita povrchu; obdoba platí pro velikost kontaktní plochy, v níž laserový paprsek materiál taví.

NEJČASTĚJI POUŽÍVANÉ PROCESY

SLM (selektivní laserové tavení)
Pro výrobu přesných nástrojů, tvarových chladicích vložek vstřikovacích forem či individuálně tvarovaných chapačů představuje nejčastěji používanou metodu.
Výrobek vzniká v práškovém loži po vrstvách, které vznikají plným roztavením prášku laserovým paprskem v přesně regulované ochranné atmosféře a které jsou jedna po druhé postupně ukotveny na podkladu. Po zhotovení jedné vrstvy se pracovní platforma posune níže o tloušťku vrstvy a poté se natavuje vrstva další. Tloušťka jednotlivých vrstev se pohybuje v řádu desítek až stovek μm. Paprsek se pohybuje dle programu a jeho stopa, v níž je materiál taven, určuje tvar vrstvy; rozdílný tvar vrstev po jejich složení vytváří 3D výrobek s volitelným tvarem vnějšího povrchu i povrchu dutiny, resp. s místně volitelnou rozdílnou vnitřní strukturou (obr. 1).

SLS (selektivní laserové spékání)
Je obdobou metody SLM. Na rozdíl od SLM se používá prášek s přimíseným pojivem. Částice prášku spolu s pojivem jsou nataveny a spékány laserovým paprskem.

SLA (stereolitografie)
Je metoda vytváření 3D tvaru dílce pomocí postupného vytvrzování jednotlivých vrstev polymerů vlivem záření různých vlnových délek, nejčastěji UV. Vyznačuje se vysokou přesností vytvářených tvarů a kvalitou zhotoveného povrchu.

EBM
Obdoba SLM; kovový prášek se při této technologii taví pomocí elektronového paprsku. Používá se pro vytváření detailnější a přesnější struktury obrobku.

VYBRANÍ VÝROBCI

Ceratizit
Předvedl na EMO 2019 aditivně zhotovený nástroj pro opracování vnitřních průměrů statoru pohonu elektrovozidla. Díky topologicky optimalizované struktuře lze využívat nástroj s vysokými řeznými parametry a dosahovat vysoké produktivity (obr. 2).

Gühring
Právem se chlubí širokou paletou nástrojů, vyráběných pomocí aditivní technologie. Nabídka zahrnuje čelní frézy PF3000G, osazené letovanými PKD břity, vyznačující se optimálním 3D vedením interních chladicích kanálků a definovaným odvodem třísek, který chrání těleso nástroje před poškozením (obr. 3), soubor nástrojů pro elektromobilitu obsahující rozměrné kombinované nástroje pro opracování vnitřních průměrů, kombinované PCBN nástroje s integrovaným jemným přestavováním břitů v rozsahu μm nebo váhově optimalizované PKD vyvrtávací nástroje osazené vodicím PKD lištami.

Iscar
Mimo výroby prototypů a jejich zkoušek směruje společnost aktivity výzkumu a vývoje do zvyšování užitné hodnoty nástrojů, které po- užívají vysokotlaké chlazení, pomocí optimalizace velikosti a vedení příslušných interních kanálů. Cílem je zabránit ztrátám, maximalizovat průtok chladiva a umožnit plné využití potenciálu této metody. Stranou nezůstává ani výzkum zhotovování tvarových, těžko obrobitelných ploch, jako jsou optimalizované dráhy pro odvod třísek, úkosy, podříznutí apod., a to především z hlediska výrobních nákladů nabízených nástrojů.

Kennametal
Pro obrobení velkých průměrů v hloubce obrobku kombinovaným nástrojem, kdy je nutno zhotovit několik rozdílných průměrů, je zapotřebí rozměrný nástroj. Podmínkou však je, aby z důvodu nežádoucích velkých setrvačných sil i nezbytného omezení klopného momentu, který namáhá rozhraní nástroj/stroj i ložiska vřetena stroje, byl použitý nástroj pokud možno lehké konstrukce. Pro zhotovování velkých vnitřních průměrů statoru pohonného motoru elektromobilu navrhla společnost Kennametal vyvrtávací nástroj zhotovený aditivní technologií (obr. 4).

Komet
Nabízí soubor aditivně zhotovovaných fréz s pájenými PKD břity, kde aditivní technologie umožňuje maximalizovat počet břitů na obvodě nástroje, vybavených účinným chlazením, a tím zvýšit posuv na otáčku a podstatně zlepšit produktivitu (obr. 5). Nově jsou v nabídce lehké PKD čelní frézy KOMET JEL v provedení ECO, PERFORMANCE a HPC.

LMT
Osvědčené a výkonné tangenciální frézy LMT MultiEdge T90 Pro8 lze na přání zákazníka dodat s aditivně zhotoveným tělesem nástroje. Aditivní technologie dovoluje frézu vybavit třemi chladicími kanálky pro každou břitovou destičku. Díky intenzivnímu chlazení může nástroj pracovat s vysokými řeznými parametry při obrábění korozivzdorných a žáruvzdorných ocelí (obr. 6).

Mapal

Patří mezi první, kteří začali používat aditivní technologii při sériové výrobě nástrojů. V roce 2016 byly na trh uvedeny hydraulické upínače HTC, kde tělo upínacího pouzdra včetně hydraulické komory tvoří jeden celek, zhotovený aditivně. Výsledkem je vyšší přesnost, vysoká upínací síla, posunutí upínací zóny těsně k čelu upínače a štíhlejší provedení upínacího pouzdra. Vrtáky řady QTD malých průměrů osazené vyměnitelnou destičkou jsou rovněž vyráběny pomocí aditivní technologie umožňující snadné zhotovení lůžka VBD a na rozdíl od běžného kruhového průřezu větší trojúhelníkový obou chladicích kanálků zvyšuje přívod chladiva. Aditivně zhotovené tělo výstružníků řady MonoReam má optimalizované chladicí kanálky a v důsledku toho nabízejí vyšší produktivitu. Voštinová vnitřní struktura dovoluje vyrábět nástroje pro vnější vystružování tak, aby vnější povrch nástroje nebyl rušen komponenty pro vyvážení – jsou nahrazeny cíleně rozdílnou vnitřní hustotou těla nástroje, při čemž je zachován hladký vnější povrch.
Specifickou kategorií jsou nástroje pro elektromobilitu, kde aditivní technologie rovněž nalezla uplatnění; zahrnuje jemně vyvrtávací a vystružovací kombinované nástroje pro velké průměry, ultralehké nástroje pro práci s velkým vyložením nebo nástroje pro vybrané operace, vyskytující se u skříní turbokompresorů. Odlehčenou vnitřní strukturou disponuje speciální zvonový nástroj (obr. 7) určený pro obrábění vnějších rotačních ploch.

Paul Horn
Společnost Paul Horn zavádí metodu SLM pro zhotovování prototypů a nástrojových komponent atypických tvarů také u miniaturních nástrojů; tuto službu nabízí i svým zákazníkům. Jako příklad uvedeno duté tělo miniaturního nástroje pro opracování vnitřních povrchů (obr. 8).

Sandvik Coromant
Vybrané frézy Sandvik Coromant 390 se dodávají také v lehkém provedení s tělem zhotoveným aditivní technologií, která dovoluje cíleně optimalizovat jeho vnitřní strukturu pro vyšší odolnost proti vzniku vibrací. Zlepšen je i přívod chladicí kapaliny k jednotlivým břitům.