3D tisk kovu bez podpůrných konstrukcí

Ve spolupráci se společností KUKA vyvinula firma HS Automation laserovou buňku pro aditivní výrobu kovů. Proces laserového svařování s pomocí robota KR IONTEC umožňuje ekonomickou a materiálově šetrnou výrobu komplexních kovových dílů.

KUKA Roboter přináší revoluci v aditivní výrobě komplexních konstrukcí

Výzvy kovoprůmyslu stále narůstají: S novým typem 3D tisku kovu v modulární automatizační buňce nastavují společnosti HS Automation a KUKA zcela nové standardy. 3D tiskárna kovů kombinuje roboty z řady KR IONTEC s otočným sklopným stolem, který se pohybuje synchronně s ramenem robota podle specifikací obrobku. Šest svařovacích laserů na konci tiskové hlavy od společnosti Meltio natavují přiváděný drát přesně na nosný materiál nebo výsledný obrobek. Hotová součástka nevyžaduje žádné nebo jen minimální následné zpracování. Společnou prací vývojáři systému dosahují minimálního plýtvání materiálem a nízkých výrobních nákladů s téměř neomezenými možnostmi návrhu. Technologie vytváří nástroje, díly a volné formy s materiálovými vlastnostmi nerezové oceli, titanu, Inconelu a konstrukční oceli. Podle odborníků bude brzy možný také 3D tisk mědi.

To také umožňuje 3D tisk bionických konstrukcí a komplexních struktur, jako jsou ty, které se používají v oboru lehkých konstrukcí a konstrukci prototypů . Středně velké firmy těží z rychlé výroby náhradních dílů a úspory energie a materiálů. Použití inovativních softwarových řešení, jako je KUKA.CNC, činí technologii ještě atraktivnější pro malé a střední společnosti. Díky KUKA.CNC lze konstrukce, které byly dříve navrženy pomocí softwaru CAD nebo CAM systémů, přímo řídit – bez nutnosti převodu souboru CAD do jazyka KUKA Robot Language (KRL).

Poskytovatel automatizačních služeb HS Automation sídlí ve městě Vöhringen v Bádensku-Württembersku a se společností KUKA spolupracuje od roku 2017.

Jak funguje 3D tisk kovu s roboty KUKA?

V oblasti aditivní výroby kovů se inovace objevují každou minutu. Cílem je vyrábět hospodárně od velikosti šarže 1, snížit spotřebu materiálu, ale také zkrátit dobu následného zpracování. Expert na automatizaci HS Automation splňuje tyto požadavky na moderní výrobu v kovoprůmyslu pomocí 3D laserové svařovací buňky. 3D tiskárna svařuje vrstvu po vrstvě na nosič obrobku.

Technologie aditivní výroby těží z prostorové mobility robota a sklopného stolu.

Na rozdíl od laserového spékání se nosič nespouští, ale rameno robotu pohybuje laserem synchronně s otočným sklopným stolem, na kterém je nosič upevněn. DKP-400 V2, který byl rovněž vyvinut společností KUKA, umístí obrobek tak, aby tisková hlava mohla vždy svařovat nový materiál na správném místě. Předem navržený 3D objekt roste vrstvu po vrstvě. Podpůrné struktury, které jsou běžné u konvenčního kovového 3D tisku, se stávají zastaralými – stejně jako práškové hospodářství, které je vyžadováno u jiných 3D laserových tiskáren nebo u laserového spékání kovů. Dalším rozdílem jsou rozměry vyráběných dílů: Běžné aplikace mají omezenou velikost cca 50 x 50 cm. Technologie firmy HS Automation také vyrábí velké díly.

Laser systému kovového 3D tisku nanáší vrstvy o tloušťce stěny 2 mm.

Příležitosti a možnosti 3D tisku kovů

Použití absolutně proměřeného robota zaručuje přesnost, která odlišuje aplikaci pro tisk kovů od stávající konkurence. „S robotickým řešením výrazně rozšiřujeme možnosti výroby,“ říká Rolf Steidinger, jednatel společnosti a obchodní manažer společnosti HS Automation, o potenciálu 3D tiskárny kovů. Proces například řeší problémy s náhradními díly, protože součásti, které již nejsou k dispozici, lze vyrábět v rámci vlastního podniku.

Jakmile nelze součást vyrobit konvenčním způsobem, je použití tohoto zařízení nezbytné.

Rolf Steidinger, výkonný ředitel ve firmě HS Automation

U dílů, které lze vyrábět konvenčním způsobem, tento proces přesvědčuje sníženými náklady a čtyřnásobně vyšší produktivitou. Laserové nanášení svařování snižuje množství použitého materiálu i dobu následného zpracování ve srovnání s frézováním nebo soustružením z kompletního bloku kovu. Potenciál úspor činí až 98 procent materiálu. Tyto přednosti jsou zvláště užitečné při výrobě nástrojů, konstrukci speciálních systémů nebo výrobě prototypů. Výroba, testování a optimalizace komponent s optimalizovaným prouděním, například větrných turbín, se nesmírně zrychluje.

Generální ředitel a obchodní manažer Rolf Steidinger vidí v technologii 3D tisku kovů obrovský potenciál.

Výhody aditivní výroby kovů

Inovativní kombinace robota, sklopného stolu a laserové tiskové hlavy nastavuje nové standardy v kovovém 3D tisku.

Maximální prostor pro návrh

Aditivní kovovýroba se vyplatí zejména tam, kde jsou vyžadovány komplexní konstrukce nebo dvoustěnné objekty.
Optimální mikrostruktura

3D tiskárna kovů vytváří předměty o síle stěny 2 mm. Zařízení také vyrábí obrobky z kovu nebo slitin.
Nákladově efektivní a udržitelné

Proces zaujme čtyřnásobně vyšší produktivitou a 90procentní úsporou nákladů ve srovnání s konvenční výrobou.
Efektivní využití materiálů

Kovový odpad je drasticky snížen ve srovnání s frézováním. 3D tisk funguje bez podpůrných konstrukcí nebo kovového prášku.

Robot používaný pro 3D tisk kovů pracuje v laserové buňce o rozměrech 5 x 4 x 4 metry.

3D tisk kovů pro budoucí průmyslová odvětví: Elektromobilita a lékařská technika

Přesnost robotem naváděného laserového nanášení svařování posouvá dobře známou aplikaci tisku kovů na novou úroveň. Robotický systém je například schopen vyrábět dvoustěnné předměty, jako jsou komponenty s vnitřními chladicími kanály. Tisková hlava, vybavená šesti 200wattovými lasery, zpracovává v jednom tištěném dílu nejen tisk jednoho materiálu, ale i dva různé kovové materiály.

„Zpracovat lze téměř jakýkoli materiál: Nerezová ocel, titan, nástrojové oceli, slitiny niklu. Náš partner v oblasti laserového zpracování materiálu Meltio v současné době pracuje na tisku mědi. To znamená, že jeho využití pro projekty elektromobility je nyní na dosah,“ předpovídá Marc Steidinger.

Jednatel společnosti Marc Steidinger (vlevo) kontroluje kvalitu kovového 3D tisku se zaměstnancem firmy Lukasem Nillem.

Jednatel společnosti HS Automation, který zodpovídá za technické řízení projektu, vidí oblasti uplatnění především ve výrobě náhradních dílů, ve vývoji sérií a v lékařské technice. Při konstrukci prototypů uživatelé těží ze zcela flexibilního nastavení parametrů tisku. Umělé kolenní klouby z titanu a další lékařské implantáty budou v budoucnu individuálně přizpůsobeny pacientovi díky kovovému 3D tisku.

Využití synergií: HS Automation je systémovým partnerem společnosti KUKA od roku 2017

Se svými přibližně 20 zaměstnanci sleduje společnost HS Automation cíl učinit automatizaci produktivně použitelnou pro další malé a střední společnosti (SME). Rolf Steidinger považuje společnost za partnera efektivnějších a udržitelnějších německých středně velkých společností: „Některé naše zákazníky podporujeme automatizovanou výrobou již 24 let. Společně neustále vyvíjíme špičková řešení připravená na výzvy budoucnosti.“

V rámci systémového partnerství KUKA, které existuje od roku 2017, obě společnosti využívají silné stránky druhého se zaměřením na finální řešení a budoucí přínosy: přímý přístup k praktickým výzvám, know-how specifické pro dané odvětví, nástroje od KUKA Robotic Republic a vysoká úroveň aplikačních zkušeností. Odborníci ze společnosti HS Automation navrhují a staví kompletní výrobní linky – od nakládání do stroje, přizpůsobování rozměrů a řezání až po automatické řezání až po šroubování nebo přibíjení. Realizují ale také individuální projekty, jako jsou buňky pro bodové svařování. Před uvedením do provozu používá společnost HS Automation také produkty KUKA, jako je KUKA.Sim, aby zajistila úspěch projektu. Odborníci to využívají k plánování rozměrů prostoru, poloměrů pohybu a bezpečnostních oblastí systému předem.