Additív gyártás: a gyártástechnológia jövője

Az autó- és a légiipar is a 3D nyomtatásban látja a kitörési pontot

2019. május 21., kedd, 06:00

Címkék: 3D nyomtatás additív gyártás autógyár autógyártás autóipar autóipari beszállító GIFA légiipar METEC NEWCAST repülőgépipar THERMPROCESS

Az additív gyártás egyre hatékonyabban egészíti ki a hagyományos gyártástechnológiát, és sikeresen alkalmazzák számos iparágban – többek között az orvosi technológiákban, valamint az autó- és légiiparban. Az öntödei-, az acél- és az alumíniumipar is felismerte a 3D nyomtatásban rejlő lehetőségeket, ezért a 2019. június 25–29. között Düsseldorfban megrendezésre kerülő GIFA, METEC, THERMPROCESS és NEWCAST szakvásárokon is kiemelt témakörnek számít az „Additive Manufacturing”.

Az ipari 3D nyomtatás autóipari potenciáljának megismeréséhez elegendő a motorházfedél alá kukkantanunk: kevesebb alkatrész, megnövelt funkcionalitás és jelentős súlymegtakarítás. A régi VW Caddy új, mindössze 34 kg-os ütközésbiztos frontszerkezete már az Airbus leányvállalatának számító APWorks nagy teljesítményű és nagy szakítószilárdságú Scalmalloy ötvözetéből készült egy német EOS nyomtatóval. A Caddy koncepció bebizonyította, hogy az új gyártási módszerekkel és új anyagok felhasználásával az additív gyártásnak az autóiparban is van létjogosultsága. Az iparági szakértők szerint az autóiparban alkalmazott additív technológiák piaci súlya a jelenlegi 0,8 Mrd euróról 2030-ra 2,61 Mrd euróra növekszik.

A légiipar (1 milliárd euróról 2030-ig 9,6 Mrd euró), illetve az orvosi technológiák (0,6 Mrd euróról 2030-ig 5,59 Mrd euró) terén még ennél is nagyobb robbanás prognosztizálható. A jövő tehát a generatív gyártási folyamatoké, ahova a különböző additív gyártási technológiák is tartoznak. Már napjainkban is mindennapos a műanyagok, a fémek és a kerámiák 3D nyomtatása. A 2016-ban vizsgált német vállalatok közel 40 százaléka alkalmazott már 3D nyomtatást. és a potenciál minden területen hatalmas. A beton 3D nyomtatása forradalmasíthatja az építőipart, az élő szövetek bionyomtatása pedig az egészségügyet – még az emberi szervek nyomtatásának lehetőségeit is komoly intézetek kutatják.

3D nyomtatás a fémiparban

A fémipar – az öntödék, az acélgyártás, a kovácsüzemek vagy a fémlemez-megmunkálás – is profitálhat a 3D nyomtatásból. Ahol a hagyományos gyártási folyamatok, például az öntészet, a forgácsolás vagy a kovácsolás teljesítőképességük határához érkeznek, ott mutatkoznak meg az additív gyártás erősségei. A 3D nyomtatás korlátlan geometriai szabadságot biztosít a tervezőknek, akik különböző falvastagságokkal, üregekkel és méhsejtszerkezetekkel komplex, funkcionálisan integrált, nagy teherbírású, könnyűszerkezetes fém alkatrészeket hozhatnak létre.

A 3D nyomtatással a prototípusok és a kisebb szériák is előállíthatók gazdaságos módon. Az öntő- és formázószerszámok feleslegessé válnak, ami önmagában több tízezer euró megtakarítást jelent a szerszámköltségekben. A testre szabott alkatrészek, a prototípusok és a ritkán kért pótalkatrészek legyártását éppen ezért nevezik az additív eljárások szakterületeinek. A 3D nyomtatás azonban nem helyettesíti, hanem kiegészíti a hagyományos szubtraktív (lebontó) eljárásokat. A 3D nyomtatók használata éppen addig indokolt, amíg a hagyományos gyártási eljárásokkal végzett nagyszériás gyártás költséghatékonyabbá válik. Ez a szempont különösen fontos az autóipar számára előállított fém alkatrészek nagy sorozatú legyártásánál.

A fémnyomtatás jelenleg nem alkalmazható gazdaságosan a tömegtermelésben. „A 3D nyomtatás a prémium járművek számára, korlátozott számú alkatrész esetében reális alternatíva, nem helyettesítheti az öntészetet – jelentette ki dr. Stefan Geisler, a KSM Casting Group innovációs vezetője. – Sokan megfeledkeznek arról, hogy az additív gyártás sem képes túllépni a fizika törvényein. Végül is folyamatokról van szó – olvadásról és hűtésről –, amik nem mennek végbe tetszőleges idő alatt.” A nyomtatással készült alkatrészeket ezenkívül finiselni is kell ahhoz, hogy beépíthető terméket kapjunk. A fémnyomtatás másik hátránya a magas energiaigény. A fém lézeres olvasztása körülbelül kétszer annyi energiát igényel, mint a hagyományos öntödei folyamatok.

Az additív eljárások egyre inkább a meglévő folyamatláncok részévé válnak. A hibrid megmunkálóközpontokban egyaránt megtalálhatók az additív és a szubtraktív gyártási folyamatok. A szerszámgépipar piacvezetőjének számító DMG MORI a lézeres felrakó hegesztést hagyományos esztergálással és marással egészíti ki. A HERMLE MPA technológiájával (Metal Powder Application) pedig egy megmunkálóközpontban a fémport cseppenként permetezik rá rétegről rétegre az alkatrész alaptestére.

A berlini Gefertec cég gyorsabb építést fejlesztett ki a fémnyomtatásban: az 5 tengelyes additív rendszerek a huzalt ívhegesztéssel rögzítik rétegről rétegre. Az így előállított alkatrész nagyon közel áll a végső kontúrhoz, ami csökkenti a finiselési folyamatra szánt időt és költséget.

Öntészet: az additív gyártás közvetlen és közvetett folyamatai

A generatív folyamatokat az öntödei ipar is számos helyen alkalmazhatja. Az additív gyártás közvetlen folyamatai lehetővé teszik az öntödék számára, hogy akár kis mennyiségben történő gyártást is vállalni tudjanak. A közvetett folyamatban pedig additív technológiákat használnak a homokformák és magok, valamint a műanyag modellek előállítására. A hagyományos öntészet és az additív gyártás kombinációjával létrejövő hibrid technológiák további lehetőségekkel kecsegtetnek.

A német ipar vezető pozíciót foglal el az additív gyártásban: a porágyas rendszerek terén mintegy 70%-os a német cégek piaci részesedése. A világ vezető 3D nyomtatógyártói közé tartoznak az EOS (fém és műanyag), az SLM Solution (fém) és a Voxeljet. Az öntödékre specializálódott Voxeljet 3D nyomtatókat értékesít homokformák és magok, valamint a precíziós öntésre szolgáló műanyag modellek gyártásához.

Az öntvény elkészítéséhez szükség van egy formára, amiben a megfelelő magok alakítják ki az üregeket. A klasszikus kvarchomok formák és magok speciális kötőanyag hatására szilárdulnak meg. A motorblokkok tömeggyártásában az automata fröccsöntő rendszerek standard felszerelésnek számítanak az öntödeiparban, de a prototípusok és a kisebb sorozatok esetében a gépek használata ritkán gazdaságos. Itt lép be a képbe a 3D nyomtatás. A CAD adatállományból bármilyen komplexitású forma elkészíthető, és a szerszám nélküli gyártás nagy rugalmasságot biztosít a mennyiség, a tervezés és a változatok tekintetében is. A Voxeljet saját adatai szerint a homokformák és a magok 3D nyomtatásával akár 75%-os költségmegtakarítás is elérhető.

A homokformák és a magok nyomtatása fejlesztői eszközként is bizonyított. A Düker acélöntöde például már nem használ semmilyen fizikai modellt, csak a CAD-adatkészletre van szüksége a homokformák előállításához. Az új termékek így minimális idő alatt öltenek fizikai formát, amely már alkalmas a teszteléshez. A tervadatokban végzett geometriai változtatások után újabb forma nyomtatható az új öntéshez. Ez a folyamat jelentősen lerövidíti a fejlesztési időt, így általános gyakorlattá vált, hogy a Düker az első mintákat néhány héten belül elkészíti.

A forma kulcsszerepet játszik az öntészetben. A gazdaságosság eléréséhez szükség van az öntvények gyors megszilárdulására; a gyorsabb hűtés csökkenti a folyamatidőt, és ezzel párhuzamosan javítja az öntvény minőségét. Ehhez megfelelő hőelvezetés szükséges az öntőformában, amelyet hagyományosan hűtőcsatornákkal oldanak meg. A csatornáknak a lehető legközelebb kell elhelyezkedniük a forma felületéhez, de a hagyományos gyártási eljárás ennek korlátokat szab. Az additív eljárásokkal ez a probléma orvosolható, mivel a nagy tervezési szabadságnak köszönhetően az öntőforma kritikus területein is létre lehet hozni kontúrközeli hűtést.

Acélipar: a 3D nyomtatás kiaknázása

Nem sokban különbözik az öntészettől az acéllemezek meleghengerlése. A kontúrközeli hűtés itt is növeli a termelékenységet és a minőséget. Az additív gyártás már régóta a német autóipari szerszámgyártók megszokott gyakorlatává vált.

Az acélipari vállalatok egyre inkább felfedezik maguknak az additív gyártást. Két évvel ezelőtt az osztrák voestalpine Düsseldorfot választotta csoportszintű fémnyomtatási kompetencia-központnak. Az első eredmények már ismerhetők: az Edag és a Simukka szimulációs szoftverekkel az osztrákok kifejlesztettek egy integrált gyalogosvédelemmel is felszerelt könnyűszerkezetes motorháztető-zsanért.

A dél-németországi Rosswag a szubtraktív és az additív világ legjobb eljárásait kombinálja. A kovácsolás és a szelektív lézeres szinterezés folyamatának kombinációjával új termékek hozhatók létre. A masszív és anyagban sem szűkölködő alkatrészeket szabad formájú felületkialakítással munkálják meg. Ezután egy erős kovácsolt lapot készítenek 3D nyomtatással a komplex szerkezetek kiegészítéséhez. Egy additív eljárással készült lapátszerkezettel rendelkező járókerékben például így alakíthatók ki az áramlás befolyásolására szolgáló csatornák.

www.gifa.de

www.metec.de

www.thermprocess.de

www.newcast.de

Magyarországi Képviselet:

BD-EXPO Kft.

1021 Budapest, Hűvösvölgyi út 4.

Tel.: 346-0273

office@bdexpo.hu

www.bdexpo.hu

Keresés
Bejelentkezés / Regisztráció
MŰSZAKI ÁLLÁSBÖRZE




Média Partnerek