Od technologického skoku k novému opěrnému pilíři

Výzvy

U H&B vyrábí 340 pracovníků mimo jiné plastové skříně pro automatizační techniku postupem vstřikového lití. Zde záleží mimo jiné také na vnějším vzhledu. Například firmou H&B v zakázce vyrobené aktor-sensor-box diody jsou za transparentním plastovým oknem. Nástroj potřebuje v tomto případě mnoho filigránních chladicích kanálů blízko kontury, aby plast mohl být během výroby kontrolován a rovnoměrně odvádět své teplo a rychle zchladnout. Protože v této aplikaci používaný typ plastu je mléčný, když je příliš pomalu ochlazován. Obecně platí při vstřikovém lití pro ochlazování: pokud možno rychle, homogenně. Homogenita přináší kvalitu a rychlost, zkracuje dobu cyklu, čímž klesají náklady na kus.

Nástrojovou vložku firma dosud používala bez temperování blízko kontury, kvůli tomu ale musela stále bojovat se zakalenými okny a s vysokým podílem zmetků. Sice nástrojoví experti u H&B již delší dobu v různých nástrojích používají tištěné vložky s temperováním blízko kontury, nebyli však spokojeni s postupem L-PBF dostupným do té doby pro vyskladněné oceli, všechny před 1.2709. A tak došlo k rozhodnutí, zde vsadit na aditivní výrobu s nástrojovou ocelí 1.2343 ke zpracování za tepla, známou a oblíbenou u výrobců nástrojů – a to sice na vlastní 3D tiskárně.

V porovnání s vyskladněnou ocelí 1.2709 přináší ocel k zušlechtění H11 (1.2343) s sebou určité výhody, například ohledně odolnosti proti opotřebení, tepelné vodivosti, tvrdosti za tepla, odolnosti vůči teplotám a leštitelnosti. Její finální materiálové vlastnosti jsou nastaveny zušlechtěním, je proto lépe vhodná pro použití u konstrukcí forem. Díky jejímu vyššímu obsahu uhlíku a výsledné horší svařitelnosti však vznáší vysoké nároky na používaný postup L-PBF.

Řešení

Zde vstupuje do hry TRUMPF TruPrint 5000: se svým předehřeven 500°C umožňuje procesně bezpečné zpracování nástrojových ocelí s obsahem uhlíku jako 1.2343. TruPrint 5000 ohřeje stavební desku na 500°C a během aditivního vytváření udržuje desku a natištěný substrát na této teplotě. To zabrání tomu, že po natavení prášku pomocí laserového paprsku tuhnoucí materiál klesne pod teploty, při kterých se vytvoří tvrdý, křehký martenzit. Na trhu obvyklé tiskárny s předehřevem 200°C nestačí pro takové utěsnění teplotního gradientu. Výsledkem by byl v nejhorším případě nepoužitelný díl s trhlinami.

Z dodatečného bonbonu se raduje Thomas Weinmann: „Podmíněno aditivním vytvářením – částečně vytvořená tavná lázeň, víceré částečné opětovné natavení vrstev umístěných níže a otáčení drah laseru vrstva za vrstvou – získáme podobně jemnozrnnou kovovou strukturu jako při konvenční variantě nástrojové oceli Elektricky natavená struska (ESU).“

Realizace

Aditivní výroba navazuje tam, kde konvenční substrakční výrobní postupy narážejí na své meze. S opcí Preform Basic může H&B kombinovat přednosti obou postupů. Tak má například firmou H&B vyrobené jádro nástroje v dolní oblasti díly temperovacího kanálu, které probíhají svisle nahoru a v této oblasti mohou být vyvrtány také konvenčně. Na to navazující díl temperovacího kanálu však musí být aditivně vyroben, protože není možné vrtat přes roh.

Pro výrobu jádra nástroje použije H&B konvenčně subtrakčně vyrobenou základní desku. Pomocí kamery integrované ve stroji probíhá nastrojeno v tiskárně vyrovnání základní desky a geometrie k natištění. Pokud je nastrojeno více základních desek, tak může být každý díl dokonce vyrovnán individuálně. Následně se uskuteční aditivní vytváření. „S tímto způsobem hybridně vyrobenými díly lze enormně ušetřit dobu tisku a tím také náklady na tisk, protože se silně zredukuje tištěný objem. U jednoho z našich prvních jader nástrojů byl potenciál úspory vztažený na náklady na tisk kolem cca 42 procent“, říká Thomas Weinmann.

Důležitý bod při vytváření na preform si Thomas Weinmann a jeho tým ještě zcela přesně prohlédli: úplnou návaznost materiálu mezi konvenčně vyráběnou základní deskou a natištěným dílem. „My tiskneme na základní desky z 1.2343 ESU. Dokonce i pod mikroskopem nejsou rozeznatelné žádné mezery, trhliny nebo podobné. Dosahujeme tedy také hybridní absolutní návaznosti materiálu – vytváříme jeden díl“, vysvětluje.

Díky 3D tisku již není potřeba chlazení blízko kontury nutné pro homogenní a rychlé odvedení procesního tepla, protože s touto technologií lze realizovat dříve nemyslitelné průběhy kanálů, které lze vést téměř všude. Taková jádra nástrojů by konvenčně nebyla realizovatelná. Často s tím lze dokonce vytvářet plastové tvarové díly, které by s konzervativní nástrojovou technikou nebylo možné vyrobit nebo jen se ztrátou kvality.

Výhled

Díky TruPrint 5000 může H&B splnit své nároky na kvalitu a hospodárnost. Jednatel společnosti Hans Böhm: „Taková investice se musí dobře uvážit. Ale protože jsme velmi technicky afinní, připadalo nám to snadné. Vidíme v 3D tisku na bázi kovů velkou šanci. A zde se na začátku skutečně jedná spíše o kvalitu než o náklady.“ Pro něj technologie a s ní TruPrint 5000 vše přeměňuje, protože se nejedná o normální kov, ale o nástrojovou ocel. Tak je pro podnikatele nejenom správné, že se konstrukce nástrojů a forem prostřednictvím 3D tisku u H&B Electronic z počátečního technologického skoku v blízké budoucnosti vyvine v nový opěrný pilíř. První kroky jsou učiněny.

Stav: 26.09.2023