3D-nyomtatás vs. megmunkálás

Az előnyök ötvözhetők, a hátrányok kompenzálhatók

A 3D-s nyomtatás az elmúlt évtized egyik nagy technológiai „hype”-jaként robbant be a köztudatba, hogy mára széles körben csillogtassa az erényeit a prototípusgyártásban. De az additív módszer a fejlődésével teret nyer a sorozatgyártásban is, egyre nagyobb szeletet hasítva ki a hagyományosan megmunkálógépekkel végzett feladatokból. Neves szerszámgépgyártók szakembereit kérdeztük meg, hogyan ítélik meg ők a két technológia egymáshoz való viszonyát.

hirdetés

A munkadarabokat rétegről rétegre felépítő ipari háromdimenziós nyomtatás akár az utóbbi évtizedekben szintén hatalmas fejlődésén átment, anyagleválasztással dolgozó megmunkálás komoly versenytársának is tekinthető. Hol és hogyan látják a „hagyományos” berendezések előállítói azokat a pontokat, ahol az additív, illetve a forgácsolásos technológia együttműködhet, illetve elhatárolódik egymástól? Kiválthatja-e bizonyos esetekben az anyag-hozzáadásos eljárás az esztergálást, marást, huzalszikra-forgácsolást? Milyen jövőbe mutató stratégiája, fejlesztései vannak egy-egy jól ismert szerszámgépgyártónak azokra a területekre, amelyeken a közvetlen digitális prototípusgyártás, a kis és mára már viszonylag nagyobb sorozatú termelés megvetette a lábát? Hasonló kérdésekre szeretnének választ kapni a gyakorló termelési mérnökök, technikusok, amikor konkrét gyártási feladatukra keresik az elvárt gyorsaságot és minőséget szolgáltató, legjobban kifizetődő megoldást. Körképünkből számos megfontolandó szempontra derül fény.

Abban a szakemberek egyetértenek, hogy már napjainkban is mindenképpen számolni kell a 3D-s nyomtatás adta alternatívával, de egyelőre csak jól beazonosítható feltételek között. A megszólalók többek között a darabszámot, az elérhető felületi minőséget, az anyagválasztékot, a kialakítható geometriát, a munkadarab méretét és a felhordás sebességét említik olyan tényezőként, amely jelenleg gátat vethet a generatív technológia széles körű terjedésének. A közép- vagy hosszú távú víziók eltérnek egymástól az új eljárások növekedési ütemét illetően. Egybehangzó álláspont szerint a versenyben helytállni kívánó szerszámgépgyártóknak a közvetlen digitális gyártás irányába is ki kell terjeszteniük szakértelmüket, ennek gyakorlata azonban eltérő. Egyes vállalatok a hagyományos megmunkálógépeiket valamilyen additív eljárással kombinálják, mások a kifejezetten az ipari háromdimenziós nyomtatókra specializálódott cégekkel keresik az együttműködést, és vannak olyanok is, amelyek megmunkálógépekhez tervezett termékeiket átdolgozással teszik alkalmassá a generatív berendezésekben való használatra.

Fémnyomtatás a technológiai láncban

A GF Machining Solution a jól ismert AgieCharmilles szikraforgácsoló berendezések és Mikron CNC-megmunkálóközpontok svájci gyártója, a Galika Szerszámgépek Kft. szerszámgépgyártó partnere. Kínálatában közel egy éve először szerepel lézeres fémszinterezés elvén működő additív berendezés is, amely a 3D-nyomtatás egyik „éllovasával”, az EOS-szel való együttműködésnek az eredménye. A GF Machining Solution nagy tapasztalattal rendelkezik a szerszám- és formagyártásban, és az AM S 290 Tooling gépet is elsősorban erre a területre szánja. Célja, hogy a fémnyomtatási technológiát beillessze a forgácsleválasztással működő berendezések technológiai sorába, valamint a kutatás-fejlesztésben és a prototípusgyártásban is megtalálja a lehetséges alkalmazásokat.

A GF Machining Solutionnál bevezetett lézeres fémszinterezésnél a szerszámbetéteknél szabadon tervezhetők a hűtőcsatornák. Balra hagyományos, jobbra kontúrkövető hűtőcsatorna (forrás: Galika)
A GF Machining Solutionnál bevezetett lézeres fémszinterezésnél a szerszámbetéteknél szabadon tervezhetők a hűtőcsatornák. Balra hagyományos, jobbra kontúrkövető hűtőcsatorna (forrás: Galika)

Ezen belül is a svájci vállalatnál elsősorban a műanyag-fröccsöntő szerszámok gyártóira fókuszálnak, a szerszámbetétek prototípusának előállításához vagy szériagyártásához ajánlják a generatív berendezést, főként a szabadon tervezhető hűtőcsatornák miatt. Mivel 3D-s nyomtatással a hűtőcsatornákat közelebb lehet vinni a szerszám felületéhez, valamint azok lekövetik a szerszám profilját, így a műanyag fröccsöntés során nőhet a termelékenység, és javulhat a termékek minősége is. Az esetek nagy többségében az additív technológiával gyártott szerszámbetéteket utómegmunkálásnak (marás, szikraforgácsolás, köszörülés stb.) és hőkezelésnek kell alávetni, mivel a nyomtatott alkatrészen a felületi érdesség nem éri el az elvárt szintet.

A 3D-s nyomtatás elterjedése megkérdőjelezhetetlen, azonban a mai technológiával sok terméket, így például műanyag-fröccsöntő szerszámbetéteket nem lehet készre gyártani. Ennek egyik oka az elégtelen felületi érdesség, de említhetnénk akár a pontosságot is. Ezenkívül a hozzáadásos eljárás lassúnak mondható, a felhasználható anyagok limitáltak, és legtöbbször nagy a gyártási költség. Jelen pillanatban a potenciális felhasználók számunkra azon szerszám- és formagyártó cégek, amelyek legyártott szerszámaival 1 millió vagy annál több műanyag terméket állítanak elő. Ilyen mennyiségnél ugyanis már jelentős hatékonyságnövelés érhető el, és a berendezés megtérül – mondja Szabó Gábor, a Galika Szerszámgépek Kft. műszaki tanácsadó-értékesítője.

Vezérlésben „utaznak”

Nem tekintik – legalábbis egyelőre – a 3D-nyomtatást a hagyományos megmunkálás konkurenciájának a Fanucnál. A két technológia élesen elválik egymástól, és ez sokáig meg is fog maradni. Bár a közvetlen digitális gyártás során nincs anyagveszteség, és igen bonyolult geometriák is kialakíthatók, viszont a limitált anyagválaszték és a forgácsoláshoz képest nagyon lassú felhordás miatt nem beszélhetünk versenyhelyzetről – szögezi le Juhász Zoltán, a Fanuc Hungary Kft. applikációs mérnöke, aki szerint az eljárások közötti választásban legtöbbször a szériaszám a döntő kritérium. Kétségtelen azonban, hogy vannak jól körülhatárolható területek, ahol a háromdimenziós nyomtatásnak utolérhetetlen előnyei vannak. Példaként említhető a rakétahajtóművek fúvókáinak előállítása, ahol a kis darabszámok mellett a hűtéshez olyan belső geometria szükséges, amelynek kialakítása hagyományos megmunkálással csak nagyon nehezen vagy egyáltalán nem képzelhető el.

Akár 3D-nyomtatáshoz is használhatók lesznek a Fanuc CNC-vezérlései, szervomotorjai és erősítői (forrás: Fanuc)
Akár 3D-nyomtatáshoz is használhatók lesznek a Fanuc CNC-vezérlései, szervomotorjai és erősítői (forrás: Fanuc)

A Fanuc – amelynek robotjai, CNC-vezérlései, függőleges megmunkálóközpontjai, huzalszikra-forgácsoló berendezései, fröccsöntő gépei szerte a világon megtalálhatók – jövőbe mutató fejlesztései során nyit a 3D-s nyomtatás felé is. A gyártásautomatizálás japán szakértőjének stratégiája, hogy nem feltétlenül additív technológiát alkalmazó gépeket gyárt, hanem azok használatát segíti. Ennek gyakorlati megvalósulása, hogy szerszámgépvezérléseit felruházza a nyomtatók számára szükséges funkciókkal. A közvetlen digitális gyártás mozgásvezérlői mindig is a CNC-k világából „jönnek” hobbi- és ipari szinten egyaránt, és a fejlesztések tükrében nagyon is reális cél lehet, hogy belátható időn belül egyes háromdimenziós ipari nyomtatók Fanuc vezérlésekkel működjenek.

Két irányban lépnek

A DMG Mori már évekkel ezelőtt letette a névjegyét a feltörekvő technológia felkarolása mellett. 2013 végén feltehetően elsőként mutatott be – akkor még koncepciótanulmányként – olyan hibrid megmunkálógépet, amely additív gyártási eljárásként porlasztott por alapanyagból történő felrakóhegesztést, valamint teljes értékű öttengelyes végmegmunkáló marást kombinált egy munkatérben, egyetlen felfogatásban. A német–japán cégcsoporthoz tartozó Sauer Lasertec berendezése egy évvel később Lasertec 65 3D modellként kereskedelmi forgalomba is került. Az intelligens hibrid megoldás a generatív alkatrészgyártás rugalmasságát a forgácsolásos megmunkálás pontosságával kombinálja. Ezzel teljesen új alkalmazási területek és geometriák előtt nyílik meg az út, és külön előny a viszonylag nagyobb méretű darabok elkészíthetősége is.

<képalá> A végleges geometria a lézeres felrakóhegesztés és az öttengelyes megmunkálás kombinálásával alakul ki a DMG Morinál (forrás: DMG Mori)
A végleges geometria a lézeres felrakóhegesztés és az öttengelyes megmunkálás kombinálásával alakul ki a DMG Morinál (forrás: DMG Mori)

Idén egy újabb fontos lépést tett a neves szerszámgépgyártó a 3D-s portfóliójának kiterjesztésében: többségi tulajdont szerzett a Realizer cégben, ezzel az additív gyártásban több évtizedes tapasztalattal bíró német fejlesztő szelektív lézeres olvasztásos (SLM) nyomtatóit is integrálta a kínálatába. A forgácsolásos és a felrakásos gyártási technológiai háttér egy kézben egyesítésétől még összetettebb fémalkatrészek előállíthatóságát várják az eddigieknél sokoldalúbb anyagválasztékból – tájékoztat Kovács Gábor, a DMG Mori Hungary Kft. ügyvezetője.

Nem lehet nem reagálni

Ismerve a 3D-s nyomtatás előnyeit és műszaki lehetőségeit, mindenképpen számolnunk kell azzal, hogy elterjedése a mai kor nehézségeinek leküzdésével exponenciális növekedésnek indul – véli Pintér Ákos, az Excel Csepel Szerszámgépgyártó Kft. ügyvezetője. Kétségbevonhatatlan előnyei közé tartozik, hogy egyrészt az additív gyártással a hagyományosan nehezen vagy egyáltalán nem létrehozható geometriák előtt is megnyílik az út (például üregek belső kiképzései), másrészt olyan anyagösszetétel hozható létre, amelyet a jelenlegi kohászati módszerekkel nem lehet előállítani (például bizonyos fémek és nem fémek). A szerszámgépipar nagy kihívása tehát az, hogy reagálni tudjon a feltörekvő technológia indukálta körülményekre, és ehhez megfelelő fejlesztési irányokkal álljon elő.

Bár a Weiss Manfréd Művek hagyományait továbbvivő Excel Csepel közvetlen látókörében – azaz a forgalmazott, valamint a saját kivitelezésű gépek között – nincs még példa rá, de Pintér Ákos szerint hosszabb távon egyetlen szerszámgépgyártó sem kerülheti el, hogy háromdimenziós nyomtatással együttműködő technológiát fejlesszen. Az ágazat szereplőinek piaci jelentősége a hagyományos megmunkálógépekkel továbbra is megmarad, ami kiegészülhet a rétegenkénti építkezéssel is. Manapság már megfigyelhető, hogy egyes szerszámgépgyártók a megmunkálást egy gépben lézeres felrakóhegesztéssel kombinálják. 10-15 év távlatában azonban megvalósíthatónak tűnik a „valódi” 3D-s nyomtatás integrálása is, azaz amit nem lehet forgácsolni, az legyártható lesz 3D-ben, és fordítva. Így válik a két technológia előnye ötvözhetővé, hátránya pedig kompenzálhatóvá. A megfelelő hatékonyságot ebben az esetben nem a nagy darabszám, hanem a bonyolult alkatrészek gyors gyárthatósága jelenti. Mindenesetre a szerszámgépgyártóknak ez adja a jövő kihívását, ebben az irányban kell kutakodniuk még akkor is, ha ez igen jelentős k+f-ráfordítást igényel tőlük.

Multifunkciós gépet alkottak

A globálisan működő, tradicionális Okuma sem hagyja válasz nélkül a legújabb technológiai kihívásokat. Ennél a vállalatnál azt a stratégiát követik, hogy a 3D-s nyomtatást beemelték a hagyományos megmunkálást végző szerszámgépeik funkciói közé, így egyetlen berendezéssel tudnak eleget tenni a legigényesebb ágazatokban, például a repülőgépiparban felmerülő különleges igényeknek is. A tavaly őszi tokiói Jimtof nemzetközi szerszámgépipari vásáron a japán gyártó standján a főszerep a világ első olyan többfunkciós szerszámgépének jutott, amely egyaránt képes marásra, esztergálásra, köszörülésre, valamint lézeres edzésre és 3D-s fémnyomtatásra. Az MU-6300V Laser EX és Multus U3000 Laser EX multifunkciós berendezést Trumpf gyártmányú lézerrel szerelték fel, amely lehetővé teszi a porfelhordásos lézerhegesztést (LMD) is. A gépeken ezenfelül elérhető még a 3D-s öntvényezés, bevonatolás, valamint a hőálló ötvözetek és a merev anyagok szekcionális javítása funkció.

Az Okuma új fejlesztésű szerszámgépei ugyanabban a munkatérben 3D-s technológiákkal is dolgoznak (forrás: Okuma)
Az Okuma új fejlesztésű szerszámgépei ugyanabban a munkatérben 3D-s technológiákkal is dolgoznak (forrás: Okuma)

Mátyás János, az Okuma megmunkálóközpontjait itthon forgalmazó Smartus Zrt. vezérigazgatója úgy véli, hogy a trend egyértelműen a hagyományos megmunkálási, illetve a modern háromdimenziós technológiák szinergiája felé mutat. A tökéletesedő rétegenkénti felhordás, lézeres hegesztés magával hozza, hogy a gépekre egyre többféle fémmegmunkálási feladatot lehet bízni. És mivel önmagában az additív eljárással megvalósítható felületi pontosság várhatóan középtávon nem fogja elérni az elvártat, a fémmegmunkálásban sokáig csak a hagyományos és az új technológiák egyesített erejével lehet majd teljesíteni a követelményeket. A pontosság fokozása mellett Mátyás János egy másik égető problémának érzi a nagyobb munkadarabok zárt térben való megmunkálásának megoldását, hiszen enélkül a 3D-nyomtatás bevetése nehezen képzelhető el a méretes objektumoknál.

Virágh Judit
a szerző cikkei

hirdetés
Ha hozzá kíván szólni, jelentkezzen be!
 
hirdetés
hirdetés
hirdetés

Kiadónk társoldalai

hirdetés