In 3D kim loại không có cấu trúc hỗ trợ

Phối hợp với KUKA, HS Automation đã phát triển ô laser để sản xuất bồi đắp kim loại. Quy trình hàn laser với KR IONTEC cho phép sản xuất các bộ phận kim loại phức tạp một cách tiết kiệm và thân thiện với vật liệu.

Rô-bốt KUKA cách mạng hóa việc sản xuất kim loại bồi đắp cho các cấu trúc phức tạp

Những thách thức của ngành công nghiệp kim loại đang gia tăng: Với in kim loại 3D kiểu mới trong một ô tự động hóa dạng mô-đun HS Automation và KUKA đang đặt ra những mục tiêu mới. Máy in kim loại 3D kết hợp các rô-bốt từ dòng KR IONTEC với bàn nghiêng quay di chuyển đồng bộ với cánh tay rô-bốt theo thông số kỹ thuật của phôi. Sáu tia laser hàn ở cuối đầu in Meltio làm nóng chảy dây được cung cấp một cách chính xác trên vật liệu mang hoặc phôi thành phẩm. Thành phẩm không yêu cầu bất kỳ hoặc chỉ yêu cầu xử lý hậu kỳ ở mức tối thiểu. Bằng cách hợp tác cùng nhau, các nhà phát triển hệ thống đã đạt được mục tiêu chất thải vật liệu tối thiểu và chi phí sản xuất thấp với các lựa chọn thiết kế gần như không giới hạn. Công nghệ tạo ra các công cụ, bộ phận và hình dạng tự do với các đặc tính vật liệu là thép không gỉ, titan, Inconel và thép kết cấu. Theo các chuyên gia, việc in 3D đồng cũng sẽ sớm được thực hiện.

Điều này cũng cho phép in 3D các cấu trúc sinh học và cấu trúc phức tạp, chẳng hạn như các cấu trúc được sử dụng trong lắp đặt nguyên mẫu và lắp đặt nhẹ. Các công ty cỡ vừa được hưởng lợi từ việc sản xuất phụ tùng thay thế nhanh chóng và tiết kiệm năng lượng và vật liệu. Việc sử dụng các giải pháp phần mềm tiên tiến như KUKA.CNC khiến công nghệ này càng trở nên hấp dẫn hơn đối với các công ty vừa và nhỏ. Nhờ KUKA.CNC, các cấu trúc trước đây được thiết kế bằng phần mềm CAD hoặc hệ thống CAM có thể được điều khiển trực tiếp – mà không cần phải chuyển đổi tệp CAD sang Ngôn ngữ rô-bốt KUKA (KRL).

Nhà cung cấp dịch vụ tự động hóa HS Automation có trụ sở tại Vöhringen, Baden-Württemberg và đã làm việc với KUKA từ năm 2017.

In 3D cho kim loại hoạt động như thế nào với rô-bốt KUKA?

Trong lĩnh vực sản xuất bồi đắp kim loại, những đổi mới đang xuất hiện từng phút. Mục đích là, sản xuất tiết kiệm chi phí từ cỡ lô 1, nhằm giảm tiêu thụ nguyên liệu nhưng cũng giảm thời gian xử lý sau. Chuyên gia tự động hóa HS Automation đáp ứng các yêu cầu này của sản xuất hiện đại trong ngành kim loại với ô hàn laser 3D. Máy in 3D hàn từng lớp trên giá đỡ phôi.

Công nghệ sản xuất bồi đắp được hưởng lợi từ khả năng di chuyển trong không gian của rô-bốt và bàn nghiêng.

Ngược lại với quá trình thiêu kết bằng laser, giá đỡ không hạ xuống mà cánh tay rô-bốt sẽ di chuyển tia laser đồng bộ với bàn nghiêng quay mà giá đỡ được gắn trên đó. DKP-400 V2, cũng được KUKA phát triển, định vị phôi sao cho đầu in luôn có thể hàn vật liệu mới vào đúng vị trí. Đối tượng 3D được thiết kế sẵn phát triển theo từng lớp. Các cấu trúc hỗ trợ phổ biến trong in 3D kim loại thông thường trở nên lỗi thời – cũng như việc quản lý bột, vốn được yêu cầu với các máy in laser 3D khác hoặc thiêu kết laser kim loại. Một điểm khác biệt nữa là kích thước của các bộ phận được sản xuất: Các ứng dụng thông thường có kích thước giới hạn khoảng 50x50 cm. Công nghệ của HS Automation cũng sản xuất được các chi tiết lớn.

Laser của hệ thống in 3D kim loại áp dụng các lớp có độ dày thành 2 mm.

Cơ hội và khả năng của in kim loại 3D

Việc sử dụng rô-bốt được đo lường tuyệt đối đảm bảo độ chính xác giúp phân biệt ứng dụng in kim loại với các đối thủ cạnh tranh hiện có. “Với giải pháp rô-bốt chúng tôi đang mở rộng khả năng sản xuất về tiềm năng của máy in kim loại 3D một cách đáng kể”, Rolf Steidinger, Giám đốc điều hành và Giám đốc thương mại của HS Automation cho biết. Ví dụ: quy trình này giải quyết các vấn đề về phụ tùng thay thế, bởi có thể tự sản xuất các linh kiện không còn có sẵn.

Ngay khi một bộ phận không thể được sản xuất theo cách thông thường thì việc sử dụng thiết bị này là điều cần thiết.

Rolf Steidinger, Giám đốc điều hành HS Automation

Đối với các bộ phận có thể được sản xuất thông thường, quy trình này gây ấn tượng với việc giảm chi phí và năng suất cao gấp bốn lần. Hàn lắng đọng laser giảm cả chi phí vật liệu và thời gian xử lý sau so với phay hoặc tiện từ một khối kim loại hoàn chỉnh. Tiềm năng tiết kiệm lên tới 98% nguyên liệu. Những thế mạnh này đặc biệt hữu ích trong việc chế tạo công cụ, xây dựng hệ thống đặc biệt hoặc sản xuất nguyên mẫu. Việc sản xuất, thử nghiệm và tối ưu hóa các bộ phận được tối ưu hóa dòng chảy, chẳng hạn như tua-bin gió, được tăng tốc đáng kể.

Giám đốc điều hành và Giám đốc thương mại Rolf Steidinger nhận thấy tiềm năng to lớn trong công nghệ in 3D kim loại.

Ưu điểm của sản xuất bồi đắp cho kim loại

Sự kết hợp sáng tạo giữa rô-bốt, bàn nghiêng và đầu in laser đặt ra các tiêu chuẩn mới trong in 3D kim loại.

Tự do thiết kế tối đa

Sản xuất kim loại bồi đắp mang lại lợi ích đặc biệt khi cần có các cấu trúc phức tạp hoặc các vật thể có vách kép.
Cấu trúc vi mô tối ưu

Máy in kim loại 3D tạo ra các vật thể có độ dày thành 2 mm. Thiết bị này còn tạo ra các phôi rắn làm bằng kim loại hoặc hợp kim.
Tiết kiệm chi phí và bền vững

Quy trình này gây ấn tượng với năng suất cao gấp bốn lần và tiết kiệm chi phí 90% so với sản xuất thông thường.
Sử dụng vật liệu hiệu quả

Chất thải kim loại giảm đáng kể so với phay. In 3D hoạt động mà không cần cấu trúc hỗ trợ hoặc bột kim loại.

Rô-bốt được sử dụng để in kim loại 3D hoạt động trong một ô laser có kích thước 5x4x4 m.

In kim loại 3D cho các ngành công nghiệp trong tương lai: Di động điện tử và công nghệ y tế

Độ chính xác của hàn lắng đọng laser được điều khiển bằng rô-bốt đưa ứng dụng in kim loại nổi tiếng lên một tầm cao mới. Ví dụ, hệ thống rô-bốt có thể tạo ra các vật thể có vách kép như các bộ phận có kênh làm mát bên trong. Đầu in, được trang bị sáu tia laser 200W, không chỉ xử lý in một vật liệu mà còn xử lý hai vật liệu kim loại khác nhau trong một bộ phận được in.

“Hầu hết mọi vật liệu đều có thể được xử lý: Thép không gỉ, titan, thép công cụ, hợp kim niken. Đối tác laser Meltio của chúng tôi hiện đang nghiên cứu in đồng. Điều này có nghĩa là việc sử dụng nó cho các dự án di động điện tử hiện đã nằm trong tầm tay”, Marc Steidinger dự đoán.

Giám đốc điều hành Marc Steidinger (trái) kiểm tra chất lượng in 3D kim loại với nhân viên Lukas Nill.

Giám đốc điều hành của HS Automation, người chịu trách nhiệm quản lý kỹ thuật của dự án, nhận thấy các lĩnh vực ứng dụng chủ yếu là sản xuất phụ tùng, phát triển hàng loạt và công nghệ y tế. Khi xây dựng nguyên mẫu, người dùng được hưởng lợi từ việc điều chỉnh hoàn toàn linh hoạt các thông số in. Trong tương lai, khớp gối nhân tạo làm bằng titan và các thiết bị cấy ghép y tế khác sẽ được điều chỉnh riêng cho từng bệnh nhân nhờ in kim loại 3D.

Sử dụng sức mạnh tổng hợp: HS Automation là đối tác hệ thống KUKA từ năm 2017

Với khoảng 20 nhân viên, HS Automation theo đuổi mục tiêu giúp tự động hóa có thể sử dụng một cách hiệu quả cho các công ty vừa và nhỏ khác (SME) khác. Rolf Steidinger coi công ty như một đối tác của một công ty cỡ vừa tại Đức hiệu quả hơn, bền vững hơn: “Chúng tôi đã hỗ trợ một số khách hàng của mình bằng sản xuất tự động trong 24 năm. Cùng nhau, chúng tôi không ngừng phát triển các giải pháp tiên tiến, phù hợp với tương lai.”

Là một phần của quan hệ đối tác hệ thống KUKA, tồn tại từ năm 2017, hai công ty sử dụng thế mạnh của nhau theo hướng tiến tới giải pháp và mang lại lợi nhuận: tiếp cận trực tiếp với những thách thức thực tế, bí quyết cụ thể theo ngành, các công cụ từ KUKA Robotic Republic và trải nghiệm ứng dụng cao. Các chuyên gia tại HS Automation thiết kế và xây dựng dây chuyền sản xuất hoàn chỉnh – từ tải máy, cấp liệu theo kích thước và cắt đến cưa tự động cho đến bắt vít hoặc đóng đinh. Nhưng bạn cũng có thể thực hiện các dự án riêng lẻ như ô hàn điểm. Trước khi vận hành thử, HS Automation còn sử dụng các sản phẩm KUKA như KUKA.Sim, để đảm bảo sự thành công của dự án. Các chuyên gia sử dụng phần mềm này để lên kế hoạch trước cho kích thước phòng, bán kính chuyển động và khu vực an toàn của hệ thống.