Aplikace kovového 3D tisku v průmyslové praxi - LaserCUSING®

Uplatnění nachází při výrobě hotových dílů, které nelze běžnými výrobními metodami zhotovit (např. s konformním vnitřním chlazením, bezešvě zřetězené díly, atd.) nebo při prototypové výrobě odlitků a plechových výlisků bez nutnosti výroby formy, resp. tvářecích nástrojů. Stroje, které vyrábí např. Concept Laser, lze využít v oblasti automobilového, leteckého, lékařského, dentálního, šperkařského průmyslu a v oblasti výroby vstřikovacích forem.

Práškový materiál
Vstupní materiálem je kovový, plynem atomizovaný prášek o zrnitosti v rozmezí 10 - 40 µm pro optimální rozložení prášku v prostoru. Materiál je ve formě prášku nákladnější, je však potřeba mít na paměti, že nevyužitý prášek je možné prosít a znovu použít. Na rozdíl od obrábění tak nedochází ke ztrátám materiálu ve formě třísek. Pouze velmi malé procento odpadá při prosévání a při použití podpěrných struktur.

Automobilový průmysl
V automobilovém průmyslu se technologie LaserCUSING® využívá zejména u prototypování odlitků a plechových dílů. Výhody spočívají ve vynechání konvenčních výrobních procesů, jakými jsou výroba modelu a formy pro následné odlití prototypu. V případě plechových dílů není potřeba vyrábět nákladné tvářecí nástroje. Přímou výrobou prototypů dochází ke zkrácení vývojové fáze z týdnů na dny.
V případě motorsportu je možno zvolit laserové spékání jako finální technologii výroby dílů. Následuje pak jen případné obrobení dosedacích a funkčních ploch.
Vývoj dílů je obecně napříč odvětvími jedním z hlavních důvodů využití laserového spékání.

Letecký průmysl
Technologie laserového spékání kovů se v tomto odvětví používá zejména pro výrobu tvarově složitých, topologicky optimalizovaných, odlehčených struktur, které by nebylo možné jiným způsobem vyrobit.
V současné době se začíná tato technologie aplikovat i v sériové výrobě. Výhody stavby neomezené, tvarově optimalizované geometrie ospravedlňují i její náročnější návrh. Optimalizací tvaru pro spékání a změnou materiálu (např. z hliníkové slitiny na titanovou) je možno ušetřit 30 - 40 % hmotnosti při zachování únosnosti součásti.
Takto optimalizované díly pak mohou připomínat bionické struktury vzniklé genetickým vývojem, které je možno vidět v přírodě (svaly, větve stromů).
Jinou aplikací v leteckém průmyslu může být také spojování více součástí do jedné. Tím se dosahuje, kromě úspory hmotnosti, také vyšší spolehlivosti systému.
Dále je možné s výhodou kombinovat celistvé a strukturované geometrie (formou 3D mřížek). Může tak vzniknout součást s téměř celistvým pláštěm a strukturovaným jádrem.
Výroba forem
V oblasti výroby forem pro vstřikování plastů a tlakové lití lehkých slitin se tato technologie používá zejména pro aplikaci konformního chlazení. Díky sofistikovanému systému chladicích kanálů umístěných blízko a rovnoměrně pod povrchem formy je možné vstříknutý materiál ochladit rovnoměrněji a hlavně rychleji než při použití konvenčních chladicích kanálů.
Takováto forma má až o 30 % kratší chladicí cyklus a výrazně snižuje možnost výskytu vad a deformací po vyhození z formy. Tím se dosahuje vyšší efektivity a kvality výroby.
Pro úsporu času stavby a nákladů je možné také kombinovat konvenčně vyrobené díly s laserovým spékáním. Na vodorovnou plochu frézovaného bloku lze vystavět detailnější geometrii s konformním chlazením. Tomu se říká hybridní konstrukce, kterou má patentovanou společnost Concept Laser.

Případová studie
V rámci projektu NeuroTemp byla provedena analýza a porovnání konformního a konvenčního typu chlazení formy pro vstřikování plastů. Následující obrázky teplotních polí dokazují mnohem rovnoměrnější chlazení dílu (zobrazeno po 10 s) a zkrácení doby ochlazování na polovinu.

Shrnutí
Výše zmíněné aplikace představují hlavní způsoby použití technologie laserového spékání práškových kovů v různých odvětvích průmyslu. Kromě třech zmíněných odvětví je možno technologii využít také například při výrobě zubních náhrad a kostních implantátů a také při výrobě detailních šperků.
 

Publikováno: 31. 7. 2015 | Počet zobrazení: 2479 486