Blog

Egyedi fémszerszámok gyártása műanyagszál-olvasztásos 3D nyomtatás segítségével

A POWER TOOLS Kft. csapata 1997 óta foglalkozik forgácsolószerszámok forgalmazásával. Évente szerveznek vevői szemináriumokat, ahol az iparág és a vállalat legújabb technológiáit mutatják be. Az idei találkozó során először, a FreeDee Printing Solutions segítségével a 3D nyomtatás és egy nyomtatott műanyag prototípus is kiemelt szerepet kapott. Egy MakerBot Replicator+ FDM 3D nyomtatón gyártott modellt élőben megmunkálva mutatták be, hogyan tervezi a cég az additív gyártástechnológia segítségével gyorsabbá és költséghatékonyabbá tenni az egyedi fémszerszám-fejlesztési folyamatait.

 

POWER TOOLS Kft. számos, neves márkát képvisel és forgalmaz a magyar piacon és alapítása óta látványosan fejlődik. 4 éve saját termékprogramot indított POWER TOOLS név alatt, melyben tömör keményfém fúrókat és marókat forgalmaznak egy német gyártó beszállításával. 2012. januárjában egy új divíziót is nyitottak: a POWER COOL Kft. prémium minőségű hűtő-kenőanyagokat gyárt, vágóolajat és emulzióképzőt forgalmaz nagy sikerrel. 2015. márciusától kezdve pedig 1200 m2–es, új építésű forgácsoló csarnokukban teljeskörű gépparkukon elsősorban egyedi szerszámok gyártása folyik. A munkadarabok tesztelése céljából esetenként kénytelenek az előgyártmányt saját maguk biztosítani sokszor magas költségeken. Az utólagos módosítások elkerülése érdekében a jövőben a FreeDee-vel együttműködve lényegesen olcsóbb, 3D nyomtatott alkatrészeken szeretnék kipróbálni a szerszámok megfelelő működését.

 

3D nyomtatott prototípusok

3D nyomtatott prototípusok

 

A 3D nyomtatás aktualitása a fémiparban

 

A vevőtalálkozó 3D nyomtatás és tervezés fókuszát az az apropó indokolta, hogy egyik beszállítójuk, a KOMET GROUP 2016. évvégén piacra dobott egy 3D nyomtatással készített forgácsoló szerszámot. A KOMET az érintett marószerszámok előállításához semleges argongázos, szelektív lézerolvasztásos technológiát alkalmaz. A szerszámtest geometriája és tömege az additív gyártástechnológiának köszönhetően teljesen a feladatra optimalizált, a gyártási ideje rövidebb, minden alkalommal testre szabható, a végeredmény pedig mindennek hála termelékenyebb.

 

Fémnyomtatott alkatrész

Fémnyomtatásával más technológiával nem gyártható könnyebb, hatékonyabb geometriájú szerszámok készülhetnek.

 

Noha a fémnyomtatás valóban az additív gyártástechnológiák csúcsa, egyelőre sokak számára túl költséges eljárás. Míg a világ egyes részein már az űripar, az autógyártás és a légiközlekedés intenzíven alkalmazza például titán turbinalapátok nyomtatására, addig Magyarországon inkább a speciális, formakövető hűtőfuratokkal rendelkező fröccsöntő szerszámbetétek (insert-ek) 3D fémnyomtatása kap nagyobb szerepet. Ilyen spirális hűtőfuratokat tartalmazó szerszámbetétekkel az alkatrészek gyártásnak ciklusideje akár 70%-kal csökkenhet, köszönhetően a sokkal hatékonyabb szerszámhűtésnek. A POWER TOOLS Kft. hosszútávú tervei között is szerepel a fémnyomtatás, azonban a találkozón bemutatott teszt azt is alátámasztotta, hogy a műanyagszál-olvasztásos (FDM) 3D nyomtatás technológiája is jelentősen és sokoldalúan tudja támogatni az egyedi fémszerszámok gyártását.

 

A műanyagszál-olvasztásos 3D nyomtatás is jelentősen és sokoldalúan tudja támogatni az egyedi fémszerszámok gyártását.

A 3D nyomtatott proto alkatrész megmunkálása

 

A 3D technológia működését a helyszínen egy Ultimaker 3 kétfejes 3D nyomtatón figyelhették meg a résztvevők, amely a vízoldható támasztékoknak köszönhetően minimális utómunkával képes a legbonyolultabb, alámetszéseket is tartalmazó formák előállítására. Emellett a FreeDee műszaki vezetője, Szabó Péter előadása során részleteiben megismerhették a 3D fémnyomtatás működését, amellyel szolgáltatóként a FreeDee is foglalkozik. Szó esett több más olyan megoldásról is, ahogy a különböző 3D nyomtatási és 3D szkennelési technológiák forradalmasítani tudják a fémalkatrész gyártási feladatokat, mint például az öntészeti mesterformák 3D nyomtatása kiégethető alapanyagokból vagy a mérnöki visszafejtés és minőségellenőrzési feladatok támogatása nagyfelbontású kézi 3D szkennerekkel.

 

Protoszerszám 3D modellje

A tesztelt protoszerszám 3D modellje

 

A teszthez készített 100x100x60 mm méretű proto szerszámot a FreeDee Printing Solutions teljesen tömören nyomtatta ki az elterjedt PLA alapanyagból. A gyártás közel egy napig tartott egy kifejezetten termelésre, hosszabb nyomtatásokra optimalizált MakerBot Replicator+ 3D nyomtatón. Összesen 470 gramm műanyagot használt fel hozzá az amerikai gép, amely alapanyagköltsége nettó kétezer Forintra tehető. A tömör modellt ezután a POWER TOOLS Kft. egy 3-tengelyes megmunkálóközpont segítségével alakította egyszer vízhűtéssel, egyszer pedig anélkül. A marógéppel néhány mikron pontosságig finomították a nyomtatott alkatrészt és furatokat is elhelyeztek benne. Természetesen a modellt a megmunkált végterméknek megfelelően, furatokkal ellátva is lehetett volna nyomtatni, azonban a teszt egyik célja az volt, hogy a PLA műanyag megmunkálhatóságát megvizsgálják az egyébként fémekhez fejlesztett gépeken. A vízhűtés hatása főleg a felület síkmarásánál mutatkozott meg, ahol az így kezelt modell teteje kevésbé lett sorjás, szebb felszínt és pontosabb furatokat eredményezett.

MakerBot Replicator+

MakerBot Replicator+ 3D nyomtató

Megmunkált munkadarab

A vízhűtés hatása főleg a felület síkmarásánál mutatkozott meg.

 

Mindkét megmunkált modell 300 mikron rétegvastagsággal lett nyomtatva, amely a rétegek között gyengébb kötést eredményez szemben az FDM nyomtatók általában 100 mikronos, legjobb rétegfelbontásával. Jövőbeni próbák során például azt is érdemes lehet tesztelni, hogy a nagyobb felbontás, erősebben kötött rétegek, valamint a rétegek viszonylagos iránya hogyan befolyásolja az előforduló minimális roncsolódásokat. Mindazonáltal a műanyag prototípus a kisebb felületi sérülések ellenére is jól vizsgázott a marógépeken. Az előzetes feltevések ellenére az egyébként alacsony hőfokon megolvadó PLA modell nem lágyult meg a megmunkálás következtében és nem is deformálódott. Ez az eredmény annak az „óvintézkedésnek” is köszönhető, hogy a marófej technológiája a megmunkált anyag tulajdonságaihoz lett beállítva, előzetes tesztek alapján.

 

A tesztek eredménye

 

A POWER TOOLS Kft. a főként mérettesztek, illeszkedési vizsgálatok, gyártási problémák feltárása céljából gyártott első prototípusait tervezi kiváltani 3D nyomtatott műanyag modellekkel. Ezzel az eljárással jelentősen tudják csökkenteni az első proto szerszámok előállítási költségét, amelyeket korábban drága gépeken, költséges fémekből készítettek. A számottevő költségcsökkentési lehetőséget alátámasztja, hogy egy egyedi szerszám ár szerkezetében a megmunkálóközpont (40%) és az alapanyag (30%) teszi ki a legnagyobb részt. A 3D nyomtatott műanyag prototípusokkal a sokkalta drágább üzemeltetésű speciális szerszámgépek kapacitása felszabadul, számottevően lerövidül a fejlesztési ciklus és az alapanyagköltség is redukálódik.

 

 

A találkozó során szemléltették, hogy 3D nyomtatással közvetlenül, programozás nélkül készülhetnek a mintadarabok, egyszerűbben kialakíthatók bonyolult geometriák és a módosítások is könnyebben kivitelezhetők. A mérettesztek mellett a 3D nyomtatott modelleken a szerszámutak sorozatgyártás előtti leprogramozása, a szükséges szerszámok, szerszámhosszúságok és befogási mélységek meghatározása és az operációk véglegesítése is lehetséges, amely szintén olcsóbb, mintha ugyanezt a munkafolyamatot fémtömbön vagy kész öntvényen végeznék el.

 

A 3D nyomtatott modelleken a szerszámutak sorozatgyártás előtti leprogramozása is olcsóbb.

 

A bemutatott teszt egy újabb bizonyítéka annak, hogy a megfizethető, olcsó 3D nyomtatás kreatívan és széleskörűen alkalmazható olyan iparágakban is, amelyek az FDM gépek precizitását és alapanyagait nem feltétlen tartották alkalmazhatónak vagy a gyártófolyamataikba beilleszthetőnek. Ezek az iparágak az ilyen, olcsó és gyors prototípusgyártáson túl például egyedi jigek, gauge-ek, gyártószerszámok 3D nyomtatásából profitálhatnak, valamint meglévő gépparkuk karbantartásáról, alkatrészpótlásáról is házon belül gondoskodhatnak akár egyetlen FDM 3D nyomtató birtokában is.