Od technologického skoku k novej podpore

Výzvy

Vo firme H&B vyrába okrem iného okolo 340 zamestnancov aj procesom vstrekovania plastové skrinky pre automatizačnú techniku. Okrem iného je dôležitý aj vonkajší vzhľad. Tak napríklad v skrinke snímačov ovládača vyrábanej firmou H&B na zákazku sa nachádzajú diódy sa priehľadným plastovým okienkom. Nástroj potrebuje v takomto prípade mnoho drobných chladiacich kanálikov v blízkosti chladenej geometrie, aby mohol plast počas výroby kontrolovane a rovnomerne odovzdávať svoje teplo a plynulo sa ochladzovať. Pretože typy plastov použité pri tejto aplikácii získajú mliečnu štruktúru, ak by sa ochladzovali príliš pomaly. Pre chladenie pri vstrekovaní všeobecne platí: čo najrýchlejšie, čo najhomogénnejšie. Homogenita vytvára kvalitu a rýchlosť skracuje doby cyklov, čím klesajú náklady na výrobu dielcov.

Podnik doteraz používal formy bez temperovania blízko chladenej geometrie, no neustále bojovala so zakalenými okienkami a vysokým podielom nepodarkov. Nástrojári firmy H&B síce už dlhší čas používali v rôznych nástrojoch vytlačené vložky s temperovaním blízko chladenej geometrie, no neboli spokojní s doposiaľ používanými oceľami pre proces L-PBF, najmä s 1.2709. A tak padlo rozhodnutie, prejsť na aditívny spôsob výroby s oceľou 1.2343 s dobrým odvodom tepla, známou a obľúbenou medzi nástrojármi – a síce na vlastnom stroji na 3D tlač.

V porovnaní s oceľou 1.2709 prináša oceľ H11 (1.2343) niekoľko výhod, napríklad v oblasti odolnosti voči opotrebovaniu, tepelnej vodivosti, tvrdosti za tepla, tepelnej odolnosti a vďaka dobrej možnosti vyleštenia. Jej konečné vlastnosti materiálu sa nastavia zušľachtením, preto je mimoriadne vhodná pre aplikácie pri výrobe foriem. Kvôli vyššiemu obsahu uhlíka a výslednej horšej zvárateľnosti však kladie vysoké nároky na používaný proces L-PBF.

Riešenia

Tu vstupuje do hry zariadenie TRUMPF TruPrint 5000: so svojim predohrevom na 500°C umožňuje bezpečné spracovanie nástrojových ocelí s obsahom uhlíka ako napríklad 1.2343. Zariadenie TruPrint 5000 ohrieva podkladovú platňu na 500°C a udržiava platňu a tlačený substrát počas 3D tlače na tejto teplote. Tým sa zabráni poklesu teploty tuhnúceho materiálu pod hodnotu, pri ktorej sa po natavení prášku laserovým lúčom vytvára tvrdý, krehký martenzit. Tlačiarne dostupné na trhu s predohrevom na 200°C nie sú postačujúce na zachytenie teplotného gradientu týmto spôsobom. Výsledkom by bol v najhoršom prípade nepoužiteľný obrobok deformovaný trhlinami.

Thomas Weinmann sa teší z ďalšej lahôdky: „Vďaka aditívnej štruktúre – čiastočne vytvorenej tavenine, viacnásobnému čiastočnému opätovnému natavovaniu spodnejších vrstiev a otáčaniu dráh laserového lúča po vrstvách – získame podobne jemnozrnnú kovovú štruktúru ako pri konvenčnej elektro-tavnej pretavovanej (ESU) verzii nástrojovej ocele.“

Realizácia

Aditívny spôsob výroby sa používa tam, kde bežné výrobné procesy trieskového obrábania narážajú na svoje hranice. Vďaka doplnkovej výbave Preform Basic môže H&B využívať výhody oboch procesov. Jadro nástroja vyrábané firmou H&B tak má napríklad v spodnej časti kanály na reguláciu teploty, ktoré prebiehajú kolmo smerom nahor a v tejto časti sa aj môžu vŕtať bežným spôsobom. Následná časť kanála na reguláciu teploty sa však musí vyrobiť dodatočne, pretože nie je možné vŕtať "za rohom".

Na výrobu jadra nástroja používa firma H&B bežným trieskovým obrábaním vyrábané podkladové platne. Poloha podkladovej platne a geometrie, ktorá sa má tlačiť, sa po založení do stroja na 3D tlač nastaví pomocou kamier integrovaných do stroja. Ak je osadených viacero podkladových platní, polohu každého obrobku je možné dokonca nastaviť individuálne. Následne nasleduje 3D tlač. „Vďaka hybridnej výrobe dielcov je možné výrazne ušetriť dobu tlače a tým aj náklady na tlač, pretože sa výrazne znižuje tlačený objem. V prípade jedného z našich prvých nástrojov bol potenciál úspor založený na nákladoch na tlač približne 42 percent“, vraví Thomas Weinmann.

Thomas Weinmann a jeho tím sa bližšie pozreli na dôležitý bod pri výrobe na predlisky: na úplné prepojenie materiálu konvenčne vyrábaných podkladových platní a na ne tlačených obrobkov. „Tlačíme na podkladové platne z materiálu 1.2343 ESU. Dokonca ani pod mikroskopom nie je vidieť žiadne škáry, trhliny ani podobné nedostatky. Sme teda hybridne absolútne materiálovo konzistentní – vyrábame jeden dielec“, vysvetľuje.

Vďaka 3D tlači už nie je problémom chladenie blízko chladenej geometrie kvôli homogénnemu a plynulému odvádzaniu tepla vytváraného procesom, pretože vďaka tejto technológii je možné vytvárať kanáliky chladenia, ktoré sú vedené takmer všade, na ktoré predtým nebolo možné ani pomyslieť. Takéto jadrá nástrojov by bežným obrábaním nebolo možné vytvoriť. Takto je možné často vytvoriť dokonca aj lisované plastové dielce, ktoré by konzervatívnou nástrojárskou technológiou nebolo možné vytvoriť, alebo len v nižšej kvalite.

Vyhliadka

Vďaka zariadeniu TruPrint 5000 môže firma H&B splniť svoje nároky na kvalitu a hospodárnosť. Obchodný riaditeľ Hans Böhm: „Takúto investíciu si musíte dobre zvážiť. Keďže sme ale veľmi technicky zdatní, nemali sme to ťažké. Vidíme obrovské príležitosti v 3D tlači kovov. A na začiatku to je skutočne viac o kvalite ako o nákladoch.“ Mení sa pre neho všetko technológiou a teda aj zariadením TruPrint 5000, práve preto, že sa nejedná o štandardný kov ale o nástrojovú oceľ. Pre podnikateľa je teda len logické, že výroba nástrojov a foriem 3D tlačou sa vo firme H&B Electronic v blízkej budúcnosti vyvinie z počiatočného skoku do technológie na nový štandard. Prvé kroky sú vykonané.

Stav: 26.09.2023