cs   en   de  

Společnost KOVOSVIT MAS, a.s., představuje nový obráběcí stroj WeldPrint 5AX, umožňující hybridní výrobu kombinující operace obrábění a navařování kovu.

5.4.2017
První stroj v kategorii Hybrid Manufacturing vyvinutý plně v ČR

Společnost KOVOSVIT MAS, a.s., nově vstupuje na trh výrobních technologií a průmyslových výrobních strojů pro ADDITIVE MANUFACTURING (AM) A HYBRID MANUFACTURING (HM). Základem pro nabídku nového stroje a technologie je nově vyvinutá unikátní technologie HYBRID MANUFACTURING, která byla vyvíjena a testována na prototypech v letech 2013 až 2016. Technologii společně vlastní a dále rozvíjí společnost KOVOSVIT MAS, a.s., s Výzkumným centrem pro strojírenskou výrobní techniku a technologii – RCMT, ČVUT v Praze, Fakulta strojní. Jedná se o jedinou technologii pro vytváření kovových dílců (AM) vyvinutou plně v České republice. Cílem vlastního vývoje a výzkumu je technologie, která umožňuje vznik vysoce jakostních strojních dílců s minimem vnitřních materiálových vad a pórů při výrazně nižších výrobních nákladech ve srovnání s konkurencí. Technologii byl Úřadem průmyslového vlastnictví v ČR udělen patent č. 306654 s názvem „Způsob vytváření kovových dílců pomocí depozice materiálu a zařízení k provádění tohoto způsobu“ a současně probíhá patentové řízení k podanému návrhu mezinárodnímu patentu. KOVOSVIT MAS, a.s., předpokládá prodej prvních strojů včetně zákaznické technologie v roce 2018.

Stroj

Nově představený stroj umožňuje vytváření kovových dílů a jejich obrábění v jednom pracovním prostoru. Stroj provádí technologické operace navařování kovů i operace obrábění v režimu kontinuálního 5osého interpolovaného řízení. Jedná se o stroj z kategorie HYBRID MANUFACTURING (HM) kombinující plnohodnotnou generickou technologii (navařování kovu) a plnohodnotnou subtraktivní technologii pomocí frézování až v 5 osách. Stroj nese označení WeldPrint 5AX, ve kterém je naznačeno, že stroj umožňuje tisk, „print“, a že je uplatněna technologie navařování, resp. svařování, „weld“. Označení 5AX pak koresponduje se sériovou kinematickou konfigurací stroje s jednou souvisle řízenou pohybovou osou na straně vřetene a navařovací hlavy a se čtyřmi souvisle řízenými pohybovými osami na straně stolu, resp. dílce. Stroj vychází koncepčně z 5osého vertikálního frézovacího stroje a poskytuje totožnou funkcionalitu, jako klasický 5osý obráběcí stroj. Pokud zákazník nebude mít zakázky v oblasti HM (AM), pak může stroj bez omezení užívat standardním způsobem. Tím je výrazně sníženo případné riziko zákazníka v porovnání s pořízením strojů umožňujících pouze AM (3D tisk).

Stroj umožňuje zpracovávat – vytvářet, svařovat i obrábět dílce do hmotnosti 400 kg, maximálního průměru 520 mm a maximální výšky dílce od upínací plochy stolu 475 mm. Stroj je možné dodat se dvěma variantami vřeten: a) vřetenem s plynule měnitelnými otáčkami v rozsahu 1-12000 ot/min, upínacím nástrojovým rozhraním ISO40, výkonem (S1/S6) 32/48 kW, krouticím moment 130/200 Nm; b) vřetenem s plynule měnitelnými otáčkami v rozsahu 1- 18 000 ot/min, upínacím nástrojovým rozhraním HSK-A63, výkonem (S1/S6) 25/35 kW, krouticím momentem 86/120 Nm.Zástavbový prostor obsahuje řadu přídavných systémů a představuje plochu 5,9 x 7,7 m. Hmotnost celého stroje je 17,3 tuny. Pro potřebu transportu je celá sestava stroje dělena na dvě samonosné části a jejich propojení.

Stroj je řízen standardním NC kódem odpovídajícím zvolenému CNC systému a konfiguraci stroje. Navíc je stroj oproti běžnému obráběcímu stroji vybaven řadou programově ovládaných funkcí, které souvisí s dílčími technologickými operacemi aditivní a hybridní technologie. Všechny tyto funkce si může uživatel programově volat a nastavovat, dle individuálních potřeb řešené technologie. Stroj je možné pro standardní obráběcí operace i hybridní operace programovat ručně nebo pomocí CAM systému. KOVOSVIT MAS, a.s., a RCMT vyvíjejí vlastní technologický CAM modul pro zpracování HM technologie v rámci CAD/CAM systému NX. Tento SW modul je možnou součástí dodávky stroje. Softwarový modul v sobě pak nese také databázi technologických parametrů a nastavení pro jednotlivé dílčí operace a materiály. Zákazník případně může v budoucnu zvolit také vlastní volbu CAM systému podporujícího a využívajícího funkce stroje WeldPrint, ale zde zatím není k dispozici adekvátní produkt na trhu.

V nejbližším období však při aplikaci strojů WeldPrint 5AX předpokládá KOVOSVIT MAS, a.s., jejich dodávky včetně odladěných technologií a spolupráci při řešení specifických technologických využití stroje uživateli, včetně přizpůsobeného SW a programového vybavení.

Stroj v základním vybavení disponuje:

  • přímým odměřováním všech pohybových os
  • zásobníkem na 30 nástrojů
  • plně integrovanou navařovací hlavou pro modifikovanou technologii MIG/MAG
  • vnějším chlazením místa řezu i návaru s nastavitelnou hodnotou průtoku 50–120 l/min
  • vysokotlakým středovým chlazením nástroje s nastavitelnou hodnotou tlaku 40–120 bar
  • teplotní stabilizací řezné emulze
  • vysokotlakým konturovým sušením a čištěním dílce vzduchem (celkem tři systémy pro potřeby HM technologie)
  • velkoobjemovým plošným sušením a čištěním dílce vzduchem s vlastním dmychadlem
  • přídavným sušením čela vřeteníku
  • speciálním odsáváním pracovního prostoru umožňujícího odsávat a filtrovat jak mokrou atmosféru vznikající při vysokotlakém středovém chlazení řezu, tak i suchou atmosféru výparů vznikajících při navařování kovů
  • snímáním pracovního prostoru kamerou s visiportem a vizualizací záběru pomocí velkoplošného dotykového monitoru v kapotáži stroje
  • snímáním pracovního prostoru termokamerou pro teplotní kontrolu a analýzu
  • kapotáží s dvojitými dveřmi umožňující buď standardní práci s vizuálním pohledem obsluhy skrze bezpečnostní sklo do pracovního prostoru při operacích obrábění, nebo při uzavření druhých krycích dveří operaci navařování
  • nástrojovou a obrobkovou sondou pro procesní měření
  • možností záznamu procesních parametrů pro analýzu a kontrolu technologických parametrů v reálném čase (např.: poloha os, programované rychlosti, parametry aditivní technologie, číslo součásti, číslo návaru, a další) s cílem opakovatelnosti technologie či validace provedené technologie
  • uzavřeným systémem fluidního chlazením upínacího stolu

Stroj WeldPrint 5AX

Technologie

Stroj primárně umožňuje standardní režim 5osého frézovacího stroje, kdy se vzhledem k uživateli chová jako běžný obráběcí stroj a má všechny jeho funkce bez jakýchkoli omezení. Pokud tedy nemá uživatel v dané chvíli potřebu využití aditivní technologie, navařování ani svařování, pak má k dispozici přirozené funkce 5osého centra. Primárně je však stroj určen pro uplatňování speciálních funkcí navařování a svařování kovů. Nejpokročilejší technologií, kterou stroj dokáže realizovat, je hybridní technologie, která umožňuje vytváření velmi jakostních dílců nebo jejich částí s minimem vnitřních materiálových vad. Tato patentovaná technologie využívá pro nanášení kovu modifikovanou techniku svařování a navařování MIG/MAG pomocí elektrického oblouku. Pro dosažení vysoké jakosti dílce, je každý návar před dalším navařováním správně ochlazen (nebo je zkontrolována jeho teplota), očištěn, částečně nebo plně obroben, znovu očištěn a osušen. Zásadně novým přístupem je, že nový návar je kladen na čistý, suchý a přesně geometricky a teplotně definovaný povrch. Tato strategie umožňuje využití relativně standardní techniky nanášení kovů s vysokou jakostí a minimem vnitřních i vnějších geometrických vad. Zásadní výhodou je využívání standardních, v některých případech certifikovaných, navařovacích materiálů ve formě drátů a standardních směsí plynů pro operace svařování příslušných kovů.

Technologie využívá speciálního navařovacího procesu, který je řízen mnoha procesními parametry z CNC systému stroje, a všechny jeho parametry jsou ve zpětné vazbě víceúrovňového řízení. Vnesené teplo do dílce je možné na různých úrovních řídit, měřit a kontrolovat. Standardně je však třeba u dílců s nároky na vysokou přesnost, nízké vnitřní pnutí a stálost rozměrů počítat s nutností žíhání před dokončovacím obráběním na finální rozměry.

Důležitou výhodou představované technologie je její relativně nízká cena, na dílci vytvořeném touto technologií dosahují náklady 25–30 % ceny nákladů konkurenčních technologií pro AM (3D tiskárny na principu SLS, DMLS a podobné, které spékají kovový prášek po vrstvách pomocí laserového paprsku nebo elektronového svazku) nebo HM (stroje kombinující v jednom pracovním prostoru technologii navařování kovu, zpravidla pomocí techniky Laser Cladding nebo techniky DMLS s obráběním). Takto uvedené náklady zahrnují kompletní náklady na stroj, obsluhu, údržbu a procesní materiály.

Rychlost vytváření nových dílců je ovlivňována především požadavky na jakost materiálu (minimalizaci vnitřních vad), přesnost dílce, povolené teplotní ovlivnění materiálu a vnitřní pnutí a také zvolenou strategii vytváření dílce. Reálné hodnoty rychlosti růstu dílců z různých druhů ocelí se pohybují v rozmezí 0,2–1,0 kg/hod. Celková konečná cena vytvořeného dílce (nebo návaru při opravách) při produktivitě 0,5 kg/hod pak představuje 2500–3500 Kč/kg a obsahuje kompletní náklady na stroj s odpisy na 3 roky a 50 % využití strojního času (OEE), náklady na údržbu, náklady na všechny procesní materiály a náklady na obsluhu stroje. Dalším plánovaným vývojem technologie a především strojů cílí KOVOSVIT MAS, a.s., na snížení nákladů u ocelí na hodnotu okolo 2000 Kč/kg. Tyto cenové relace odpovídají 25–30 % ceny nejlevnějších produktů a technologií světové konkurence.

Vzhledem k tomu, že nová technologie umožňuje vytvářet kovové dílce s menšími náklady oproti konkurenci, otevírá se pro technologie AM a HM nový segment trhu. Vzhledem k současným nákladům na pořízení AM a HM strojů na trhu, jejich provozním nákladům a nákladům na zdrojové materiály jsou dosud v oblasti 3D tisku kovů preferovány především aplikace pro špičkové obory (medicína, stavba leteckých motorů, stavba turbín, formy a nástroje, kosmonautika) a v těchto oborech se opět klade důraz na nejdražší materiály jako je titan, slitiny niklu, méně pak nerezová ocel nebo hliník. Vzhledem k výrazně levnější technologii KOVOSVITu MAS, a.s., je možné smysluplně nacházet uplatnění technologie a stroje v oblasti zpracování standardních konstrukčních materiálů pro běžné strojírenství (stavba strojů, výroba nástrojů, energetická zařízení, vojenské aplikace, dopravní technika, prototypová výroba, opravárenství). Technologie umožňuje zpracovávat špičkové materiály, které jsou dostupné ve formě svařovacích drátů, ale vývoj a nabídka KOVOSVITu MAS, a. s., se nyní orientuje především na zpracování konstrukčních ocelí, nerezových ocelí, jemnozrnných ocelí a otěruvzdorných ocelí. Uživatelem technologie nemusí být špičkové vývojové středisko velké firmy, ale může ji rentabilně využít i běžná malá či středně velká strojírenská firma.

Technologie je realizována pomocí vhodné kombinace a sekvence následujících operací (citace z patentu č. 306654):

Oblasti uplatnění

Na MSV v Brně 2016 jsme prezentovali možnosti hybridní technologie tisku z kovu s cílem získat podněty od možných uživatelů této nové technologie. Současný pohled výrobců v obrábění je takový, že uvažují polotovar čistě staticky jako pouhý kus materiálu. Hybridní technologie ale tento tradiční pohled silně mění a umožní nastavit nové principy výroby součástí, které jsme si před nedávnem neuměli představit. Nová HM technologie umožňuje pohlížet na polotovar jako na dynamický, měnící se objekt. Tato změna principu zásadně mění přístup ke strategii tvorby NC programu a vytváří nové možnosti, ale i požadavky na způsob programování stroje a také na změny v postupech práce samotných technologů. Z těchto důvodů je pro KOVOSVIT MAS, a.s., z pohledu vývoje důležitá každá konkrétní aplikace od potenciálních zákazníků.

Současná hybridní technologie je právě ze zákaznického pohledu vnímána velice dobře v odvětví opravárenského průmyslu k renovacím dílců, kde umožní spojit do jednoho procesu několik dílčích technologických procesů. Dále vzhledem ke špičkovým možnostem záznamu a kontroly procesních parametrů navařování a HM technologie můžeme řešit opravy i velmi tenkých stěn s šířkou cca 3-5 mm. Výhodou plně programového řízení s mnoha vnitřními zpětnými vazbami a mnoha sledovanými parametry je možnost vyloučení lidského faktoru při operacích navařování i svařování a tím zajištění stability v kvalitě dílců.

Další aplikací, která vzbudila zájem potenciálních zákazníků, je tvorba vnitřních chladících kanálů. Zde máme několik impulzů od výrobců řezných nástrojů, kteří řeší optimální přívod chladícího média k břitům fréz, kde vytvoření těchto tvarových kanálů jinou technologií není možné nebo není rentabilní. Obdobně je tato možnost vnitřního chlazení zajímavá pro výrobce např. vstřikovacích forem, pro možnost jejich lokálního chlazení a temperování.

KOVOSVIT MAS, a.s., má také několik poptávek dílců, u kterých je výsledný čas obrábění dlouhý a množství odebíraného materiálu velmi významné. Jedná se typově u různý typy turbín, lopatkových kol a bohatě odlehčovaných strukturálních dílců. U těchto tvarových dílců můžeme předpokládat úběr materiálu zhruba 20 až 40 cm3/min tedy v průměru zhruba 15 kg/h materiálu. Hybridní technologie umožní nanášet 0,2–1,0 kg za hodinu, tedy je z pohledu produktivity zatím výrazně pomalejší. Na druhé straně je potřeba vzít v úvahu, že výsledný výrobek má mnohem menší váhu než polotovar (časté je odebrání až 90 % materiálu) a také používaný materiál na těchto výrobcích je většinou velmi drahý a obtížně obrobitelný. Z těchto důvodů se může HM technologie u určitých typů dílců stát ekonomicky výhodnější.

Stroj obecně umožňuje obrábění, navařování a svařování a to v jakémkoli pořadí a v jakékoli části NC kódu můžete volat a užít tyto operace. Portfolio potenciálních aplikací je relativně široké a KOVOSVIT MAS, a.s., je připravený s vážnými zájemci řešit technologickou a ekonomickou analýzu konkrétních případů a hledat smysluplné a rentabilní uplatnění svých strojů. Právě na zákaznických aplikacích bude KOVOSVIT MAS, a.s., nyní intenzivně pracovat, aby mohl svým zákazníkům poskytnout řádně odzkoušený řetězec tvorby daného dílce.

Prezentované zkušební dílce představují dílčí části úloh, které je třeba technologií zvládat při vytváření složitějších strojírenských dílců. Mezi základní technologické prvky patří vytváření skořepin, plných objemů, vnitřních kanálů a dutin, výztužných vnitřních struktur a podpůrných vnějších struktur.

V současnosti KOVOSVIT MAS, a.s., hledá vážné zájemce o budoucí pořízení stroje WeldPrint 5AX a technologie. Cílem je další výzkum a vývoj orientovat na specifické aplikace, materiály, tvary, rozměry a další okrajové podmínky, o které bude z praxe zájem.

Poslední čísla našich časopisů