M C A E Sy s t e m s , s . r. o.
F I R E M N Í P R E Z E N TACE
Co musí slévárny vědět o 3D tisku Technologie 3D tisku postupuje vpřed mílovými kroky. Ať už slévárny používají pískové formy pro odlévání kovu nebo plastové vytavitelné modely pro přesné lití, v obou případech mohou těžit z mnoha výhod aditivního procesu 3D tisku. Již řadu let mnoho sléváren považuje pískové formy a jádra vyrobené pomocí 3D tisku za standard. Tato technologie je dobře zavedena v oblasti odlévání slitin železa a dalších slévárenských kovů a používá se všude tam, kde je to výhodné. Zatímco tyto aplikace spadají především do oblasti prototypů a malých sérií, limity se stále více přesouvají směrem k větším a větším objemům, protože výkonnost 3D tiskových systémů se neustále zlepšuje. Z hlediska celkových nákladů je 3D tisk do určité velikosti objemu vždy výhodnější alternativou ve srovnání s konvenčními procesy, protože náklady na nástroje jsou eliminovány. Čím menší série, tím výhodnější jsou náklady při použití technologií voxeljet, kterou pro český a slovenský trh dodává společnost MCAE Systems. Zejména v případě složité geometrie je 3D tisk nejekonomičtější volbou, a to i pro série v řádu několika stovek kusů, i když nemůže nahradit tradiční modelové zařízení pro velkosériovou výrobu. Další výhody pak sahají od kratších výrobních časů až po snížení náročnosti dokončovacích operací na hrubých odlitcích. Totéž platí v podstatě pro přesné lití na vytavitelný model, kde 3D tištěné plastové modely nahradily klasické voskové modely, které je velmi časově náročné a nákladné vyrobit metodou vstřikování do forem. Tištěné pískové formy pro odlévání kovů Na rozdíl od konvenční výroby forem, u kterých může produkce samotných modelových desek nebo jaderníků trvat i několik týdnů, 3D tisk většinou umožňuje tisknout i složitou pískovou formu přes noc, nebo v rozmezí několika málo dnů. Formy jsou vytvářeny bez nákladného ustavování a jsou vyráběny plně automatizovaným procesem pouze na základě CAD dat pomocí procesu vrstvení, kdy vrstvy křemenného písku o tloušťce 300 mikrometrů jsou za použití systémové tiskové hlavy opakovaně nanášeny a selektivně slepovány pojivem dohromady. Po dokončení procesu tisku musí být forma pouze vytažena a očištěna od přebytečného písku a to je vše. Vzhledem k tomu, že pískové formy jsou vyráběny přímo na základě CAD dat, určují tak standard všude tam, kde jsou obavy o dosažení jemných detailů a maximální přesnosti.
110
Spolu s kratší dobou výroby je také zajištěna svoboda při návrhu designu, který je mnohem méně limitován než při konvenční výrobě. Design může být věrný požadované struktuře, aniž by musel brát ohled na navrhnuté úhly, dělicí roviny nebo negativní úkosy. Dokonce i formy, které jsou upraveny v průběhu zkušební fáze, lze tisknout okamžitě v souladu s novými CAD daty bez časově náročné modifikace modelového zařízení. Kromě toho mohou být vtokové systémy přizpůsobeny individuálním parametrům, jako je tlak lití, čímž se zabrání turbulentnímu proudění a zvýší se kvalita. Co se týká velikosti požadovaných forem, k dispozici je největší, produkční 3D tiskárna na světě VX4000, která dokáže vytvořit pískovou formu či jádro o rozsahu až 4 m, protože rozměr tiskové komory je 4000 × 2000 × 1000 mm. Kombinace 3D tisku jader a klasické výroby forem Dnešní inovativní slévárny spoléhají na kombinaci 3D tištěných jader a forem vyrobených konvenčními metodami, kdykoli je to jen možné. Tento přístup je dobrá volba mimo jiné i při výrobě jader se složitými podkosy, které jsou potřebné např. u lopatkového rotoru. Tato jádra mohou být vytištěna pomocí 3D tiskárny a následně začleněna do konvenční formy. Mezi výhody patří menší počet dílů a mnohem méně pracný proces výroby forem, protože metoda odstraňuje časově náročnou, konvenční výrobu a montáž složitých jader a také minimalizuje následné strojové opracování. Další zajímavou alternativou, kterou stále častěji volí zkušené slévárny tlakového lití, je výroba časově náročných forem a paralelní 3D tisk pískových forem. Vzhledem k tomu, že tištěné pískové formy jsou k dispozici ihned, mohou být prvotní součásti odlity pro testovací účely tak, aby bylo možné optimalizovat formy v průběhu výroby. V mnoha případech je tato varianta rychlejší a cenově výhodnější než klasická výroba samotné formy. Formy 3D tištěné a vyrobené tradičním způsobem jsou stejné, pokud jde o stabilitu a pevnost. S nastavitelnými hodnotami mezi 220 a 380 N/cm2 je pevnost v ohybu, které může být dosaženo procesem vrstvení, ve stejném rozsahu jako pevnost jader vyrobených konvenčními metodami. Velmi přesné vytavitelné modely pro přesné lití Kromě tisku pískových forem stále více a více sléváren spoléhá také na modely vyráběné pomocí 3D tisku pro přesné lití. Tento způsob umožňuje snadnou a jednoduchou výrobu voskových modelů. I přesto, že tyto modely již nejsou vyrobeny z vosku, ale z plastu, nemá to žádný vliv na následující pracovní operace. Výroba PMMA modelů na 3D tiskárnách je snadná. Modely jsou vytištěny přesně podle CAD dat. Pro
S l é vá re ns t v í . L X I V . b ř eze n – d u b e n 2016 . 3 – 4
zvýšení kvality procesu vytavení jsou plastové modely rovněž namočeny ve vosku, což vytváří homogenní povrch s velmi jemnými póry. Výhody 3D tisku pro přesné lití Kromě cenově výhodné výroby modelů bez nutnosti použití matečné formy získává tato metoda body také díky působivým časovým úsporám. Servisní centrum voxeljet, pro Českou a Slovenskou republiku je to servisní centrum MCAE Systems, tak může poskytnout modely v rozměrech až do 1000 × 600 × 500 mm během několika málo pracovních dnů. Je samozřejmé, že tento velký pracovní prostor může být také využit pro tisk kompletní menší série v rámci jedné tiskové úlohy. Následné operace přesného lití jsou stejné, ať už použijete klasické voskové modely či 3D tištěné modely. Případová studie Široký rozsah aplikací, jako je například rychlá výroba dvoutaktních motorů pro motorové pily, představuje výkon tiskáren voxeljet v praxi. Jeden motor je velký pouhých 78 × 76 × 59 mm. Aby bylo dosaženo co nejrychlejší a nejefektivnější výroby, kombinuje voxeljet 780 těchto motorů do jedné tiskové úlohy na stroji s tiskovou komorou o rozměrech 1000 × 600 × 500 mm. Na vysoce výkonné tiskárně VX1000 je pak doba tisku takových motorů 23 h, což odpovídá tiskovému času 1,8 min na jeden motor. Technologie rapid shelling Společnost MCAE Systems však nabízí další produktivní technologie pro rychlou tvorbu keramické skořepiny, která ve spojení s technologií voxeljet může výrazně zkrátit výrobu kovového dílu. Velkou novinkou je tzv. rapid shelling neboli rychlá výroba skořepinových forem. Systém Cyclone od MK Technology určený pro výrobu skořepinových forem obalovacím způsobem zajistí stisknutím jednoho tlačítka výrobu formy za méně než 4 hodiny. Stává se tak ideálním nástrojem pro výrobu kovových dílů a je zvláště vhodný pro výzkum, vývoj a pro servisní společnosti přesného lití metodou vytavitelného modelu. Braunův betlém V České republice řešila společnost MCAE Systems unikátní projekt tisku Braunova betléma, jehož památečný originál je vytesán do skal v blízkosti Kuksu. Tento Betlém byl zrestaurován technikou dřevořezby a firma MCAE byla požádána o vytvoření modelu výsledné podoby zrestaurovaného betléma. Pískový model betléma v měřítku 1 : 1 byl vytištěn právě na tiskárně VX4000 za pouhých 30 h a díky digitálním technologiím je nyní podoba betléma zachována pro příští generace.
