Лазер легко скользит по безупречно гладкой поверхности большого стального вала, распыляя мельчайший металлический порошок. Он сплавляется с подложкой и первоначально оставляет на заготовке только светлые линии. Но после того, как лазер несколько раз точно наметил свои пути, нанесение порошка превращает первоначально плоские линии в трехмерные структуры. Постепенно на вал наносится трехмерный рисунок по всей поверхности. Кристоф Хаук, член правления по технологиям и сбыту компании toolcraft AG, и Клаус Айманн, технический директор по продукции и инновациям в области упаковки концерна Procter & Gamble, производящего потребительские товары, увлеченно наблюдают за процессом через рабочее окно TruLaser Cell 3000. Все получилось: гениальная идея превратилась в практичный процесс применения, который в будущем сэкономит компании Procter & Gamble время и деньги.
Нанесение материала вместо его снятия
В компании Procter & Gamble вал является частью производственной установки для серийного производства средств гигиены. До сих пор рисунок на нем вырезался на металле. Трудоемкий и длительный процесс. Клаус Айманн объясняет: «Структура вала быстро изнашивается при непрерывном режиме работы. До сих пор нам приходилось полностью заменять его. Это дорого и не очень экологично». Вместе со своим коллегой Уве Шнайдером, вице-президентом по разработке средств ухода за детьми, он кропотливо искал альтернативные варианты, и они действительно есть: лазерная наплавка (LMD) — это аддитивный процесс, который можно использовать для создания трехмерных структур. «Если материал наносится на заготовку, то всегда можно восстановить структуры по мере их износа, другими словами, отремонтировать валик вместо его замены», — рассуждает Айманн. По вопросу применения этого в серийном производстве Айманн обратился к Кристофу Хауку из компании toolcraft.
toolcraft AG — это семейное предприятие, расположенное в Георгенсгмюнде, Бавария. Компания прославилась на весь мир благодаря перспективным технологиям, таким как 3D-печать и создание индивидуальных робототехнических решений «под ключ». Хаук и его команда уже много лет занимаются лазерной наплавкой. Возможность использования технологии для конкретного применения заинтересовала Хаука, и он заключил партнерское соглашение о разработке с Procter & Gamble.
Станок становится универсальным
Хаук знает, что сначала ему нужна подходящая лазерная установка для разработки требуемого процесса лазерной наплавки и последующего изготовления вала. И она потребует адаптации. Более того, партнерство по разработке — это еще далеко не производственный заказ. Но Хаук говорит себе: «Иногда просто нужно это сделать». Вместе со своей командой он разрабатывает спецификацию для «универсального» станка, то есть станка для всего. «Если бы не получилось с заказом, я, по крайней мере, хотел иметь лазерный станок внутри компании, на котором мы могли бы проводить полномасштабные фундаментальные исследования лазерной наплавки», — прагматично объясняет он.
Кристоф Хаук обратился в компанию TRUMPF, и оказалось, что станок TruLaser Cell 3000 теоретически подходит. С одной небольшой оговоркой: он должен уметь делать немного больше, чем стандартная установка. Поэтому Хаук встретился с Андреасом Фогелем, экспертом по индивидуальным решениям компании TRUMPF. Уже после нескольких бесед становится ясно: с этим человеком все получится. «Андреас Фогель и его команда внимательно выслушали нас, внесли свои предложения и заразились нашим энтузиазмом», — говорит Хаук.
Кристоф Хаук не боится делать предоплату: «Чтобы доказать, что продукцию и процессы можно улучшить с помощью такой относительно новой технологии, как лазерная наплавка, мы иногда реализуем идеи на практике за свой счет».
Кристоф Хаук (слева), член правления по технологиям и сбыту компании toolcraft, Клаус Айманн (в центре), технический директор по продукции и инновациям в области упаковки концерна Procter & Gamble, производящего потребительские товары, и Флориан Шлунд (справа), руководитель проекта «Лазерная наплавка» компании toolcraft, размышляют над идеей продления срока службы инструментов с помощью лазерной наплавки.
Индивидуальное решение в соответствии с требованиями клиента
Если бы нужно было дать Андреасу Фогелю титул, «Исполнитель желаний», вероятно, подошел бы как нельзя лучше. Вместе с коллегами из отделов механики, программного обеспечения и электроники Фогель разрабатывает индивидуальные концепции для клиентов, которым серийные станки TRUMPF не совсем подходят. Это называется кастомизация, иначе говоря, адаптация, и приобретает все большее значение в станкостроении. «Все чаще наши клиенты сталкиваются с задачами, для которых им требуются специальные решения», — объясняет Фогель. «Это также относится к компании toolcraft, для которой мы реализовали крупнейшую на сегодняшний день адаптацию TruLaser Cell 3000 с учетом специфики клиента».
Предназначен для тяжелых крупных деталей
Оси вращения TruLaser Cell 3000, например, буквально подвергаются испытанию во время специального производства. «Валы от Procter & Gamble массивные и весят несколько сотен килограммов, поэтому серийные оси вращения не справляются с ними, — объясняет Фогель и продолжает, — поэтому мы провели стресс-тесты, чтобы определить, какую максимальную нагрузку оси вращения могут выдержать и что нужно сделать, чтобы сделать их более прочными». Особые решения потребовались и в связи с размерами заготовок: «Каким-то образом нужно затащить большой вал в станок и вынуть из него, а вручную это точно невозможно. Поэтому мы применили моторизованное решение», — говорит Фогель.
Помимо множества других модификаций, необходимых для разработки процесса лазерной наплавки для компании Procter & Gamble, специалисты TRUMPF создали для Хаука и его команды настоящую игровую площадку для лазерной наплавки. Так называемый модуль опций предлагает toolcraft все возможности для разработки новых процессов с использованием лазерной наплавки. Например, доступна запатентованная высокоскоростная лазерная наплавка (HS-LMD). Она обеспечивает очень быстрые процессы нанесения порошка с малой толщиной слоя для ротационно-симметричных заготовок. «С помощью лазерной наплавки, как обычной, так и высокоскоростной, мы можем работать, например, с совершенно новыми материалами для нанесения, такими как карбиды вольфрама», — объясняет Хаук.
Тем временем модифицированный TruLaser Cell 3000 работает в компании toolcraft. Компания получила заказ на серийное производство валов от Procter & Gamble. С тех пор TruLaser Cell 3000 постоянно используется в компании toolcraft, а Кристоф Хаук и его команда кипят идеями, в которых без лазерной наплавки не обойтись. «Вполне возможно, что вскоре у нас возникнут еще несколько пожеланий на дополнения к нашему специальному станку. Например, не помешал бы зеленый лазер», — с улыбкой говорит Хаук. Андреас Фогель испытывает удовлетворение еще и потому, что концепция станка, разработанная для компании toolcraft, теперь вызывает интерес и у других клиентов: «Мы уже получили несколько запросов от клиентов, которым концепция пришлась по вкусу».
Комментируя сотрудничество с toolcraft и TRUMPF, Клаус Айманн (справа), технический директор по продукции и инновациям в области упаковки концерна Procter & Gamble, производящего потребительские товары, говорит: «Мы считаем всю совместную разработку технологии лазерной наплавки очень выгодной, потому что они очень активно, быстро и исключительно индивидуально реагировали на наши пожелания.
Основная идея совместной разработки компаний Procter & Gamble и toolcraft заключалась в нанесении структур на неподвижные упоры с помощью лазерной наплавки. Это не только продлевает срок службы деталей, находящихся под высокой нагрузкой, но и позволяет устранить износ структуры путем ремонта.
