Аддитивные технологии

Гибридные аддитивные технологии и оборудование

Фундаментальные работы по созданию методов и алгоритмов использования возможностей аддитивных технологий в развитых странах привели к появлению нового класса систем – гибридных. В гибридных системах реализованы возможности использования преимуществ аддитивных и субтрактивных технологий (токарная обработка, сверление, фрезеровка и т.д.) не требующих трудоемкой постобработки.

Субтрактивный компонент в гибридных аддитивных/субтрактивных процессах позволяет сделать процесс производства более точным. Примером может служить применение продольного фрезерования в конце нанесения каждого добавочного слоя в машинах компаний Sanders и Object. Этот этап необходим для получения гладкой плоской поверхности, на которую наносят следующий слой. Такая обработка минимизирует совокупный эффект от ошибок капельного осаждения материала .

Передовиками в производстве гибридных систем являются компании Matsuura Machinery, DMG Mori, Hybrid Manufacturing Technologies.

Японская фирма Matsuura Machinery выпустила на рынок гибридную установку Matsuura LUMEX Avance-25 (рис. 135) для изготовления высокоточных матриц и штампов (табл. 25).

гибридная установка Matsuura LUMEX Avance-25
Рис. 135. Японская гибридная установка Matsuura LUMEX Avance-25

Таблица 25

Технические характеристики установки Matsuura LUMEX Avance-25

LUMEX Avance-25
Лазерный генератор волоконный лазер
Мощность лазерного генератора, Вт 400
Максимальный размер заготовки, мм ширина 250, Ø 250
Скорость вращения шпинделя, об/мин 45000 (стандарт), 60000 (опция)
Перемещение по осям X/Y/Z, мм 260 / 260 / 100
Быстрый ход по осям X/Y/Z, м/мин 60 / 60 / 30
Система ЧПУ I-Tech Avance
Используемые порошковые материалы Ti; Ti-6-7; Ti-6-4; 316L; 630, steels

Процесс изготовления заключается в следующем:

  • формируется слой порошка толщиной около 50 мкм (рис. 136а);
  • по заданной модели лазер спекает металлический порошок (рис. 136б);
  • после спекания рабочий стол опускается на 50 мкм и повторяется процесс;
  • после того как толщина строящейся модели достигнет 0,5 мм (после 10 повторений стадий аб) начинается стадия фрезерования (рис. 136в). Фреза с высокой точностью обрабатывает модель.

За счет того, что механическая обработка повторяется каждые 0,5 мм, появляется возможность получения детали с высокой точностью и качеством поверхности.

Процесс изготовления изделия на установке Matsuura LUMEX Avance-25

Рис. 136. Процесс изготовления изделия на установке Matsuura LUMEX Avance-25

Особенностью данной установки является возможность изготовления охлаждающих каналов во время построения, которые заполняются водой (рис. 137).

Построение водоохлаждаемых каналов на установке Matsuura LUMEX Avance-25

Рис. 137. Построение водоохлаждаемых каналов на установке Matsuura LUMEX Avance-25

Японско-немецкая компания DMG-MORI (японская машиностроительная компания MORI SEIKI CO. и немецкая станкостроительная фирма Gildemeister AG) создала гибридную установку LASERTEC 65 3D (рис. 138), использующую метод лазерной наплавки (рис. 139).

Гибридная установка DMG MORI LASERTEC 65 3D
Рис. 38. Гибридная установка DMG MORI LASERTEC 65 3D
Лазерная наплавка на установке LASERTEC 65 3D
Рис. 139. Лазерная наплавка на установке LASERTEC 65 3D

Фирма производитель выделяет ряд особенностей этой установки (табл. 26) :

  • фрезерование + лазерная обработка: 5-осевой фрезерный станок компании DECKEL MAHO с жесткой конструкцией monoBLOCK®. Интеграция лазерной головки в шпиндель посредством интерфейса HSK (интегрированный сменный механизм);
  • комплексная обработка с высоким качеством обработанной поверхности, полностью автоматизированный переход от фрезерования к лазерной обработке;
  • лазерное наплавление металла через специальное сопло в 10 раз быстрее обработки в камере с порошком;
  • большая рабочая зона дает возможность обработки заготовок диаметром до 600 мм, высотой 400 мм и максимальным весом 600 кг;
  • простой доступ и удобство в эксплуатации: дверной проем 1430 мм, полный доступ спереди;
  • требуемая установочная площадь: 12 м2;
  • толщина стенок обрабатываемого изделия: от 0,1 до 5 мм (в зависимости от размеров лазера и сопла);

Таблица 26

Технические характеристики установки LASERTEC 65 3D

Рабочая зона
Поперечный ход по осям X/Y/Z, мм 735 / 650 / 560
Рабочий стол
Зажимная поверхность жесткий стол, мм 800 x 650
NC-наклонно-поворотный стол Стандарт
Размеры, мм Ø 650
Максимальная масса заготовки, кг 600
Поворотная ось (C) ° 360
Диапазон наклона, ° ±120
Pmax в соответствии с VDI/DGQ 3441 (C-Axis/ A-Axis), ws 7 / 9
Фрезерный шпиндель
об/мин (стандарт/опция) 10 000 / 14 000
Мощность 40% ED / 100% ED (стандартн.), кВт 13 / 9
Момент (максимальный), Нм 83 / 57
Держатели инструмента, тип HSK-A 63
Лазерный источник
Волоконный лазер (стандартн.), Вт 2 000
Диаметр волокна, мкм 600 (NA 0,22)
Длина волны лазера, нм 1 030 (+/- 10)
Фокусное расстояние, мм 200
Коллиматор 1 (стандарт), мм 40
Диаметр лазерного луча 1 (стандартн.), мм 3
Коллиматор 12 (опция), мм 75
Диаметр лазерного луча 2 (опция), мм 1,6
Скорость наплавки (зависит от материала), кг/ч 1
Подачи порошка
Одна подача Стандарт
Две подачи Опция
Емкость дозатора порошка, л 5
Линейные оси (X/Y/Z)
Скорость подачи, мм 40 / 40 / 40
Быстрый ход, мм 40 / 40 / 40
Максимальное ускорение по осям X/Y/Z, м/с2 6 / 6 / 6
Максимальная выходная мощность подачи (X/Y/Z), кН 7 / 13 / 10
Pmax (X / Y / Z) – VDI DGQ 3441, мм 0,008
Устройство смены инструмента
Инструменты Стандартн. / Опция 30 / 60 / 90
Характеристики станка
Ширина х Длина базового станка, мм 4 180 × 3 487
Высота станка, мм 2 884
Вес станка, кг 11 300
  • 5-осевая обработка позволяет создавать фланцы или патрубки без изменения геометрии;
  • автоматический переход от лазерных к фрезерным операциям обеспечивает эффективную фрезерную обработку участков, которые невозможно обработать на готовой детали в других условиях;
  • 3D-система ЧПУ Siemens 840D solutionline Operate со специализированным программным обеспечением LASERSOFT Additive / Subtractive.

Так же компания DMG MORI начала выпуск установки LASERTEC 4300 3D (рис. 140, 141) .

Фирма производитель заявляет следующие преимущества:

  •  уникальное сочетание лазерной наплавки и фрезерования обеспечивает оптимальную обработку поверхности и точность компонентов;
  •  лазерное наплавление металла через специальное сопло в 20 раз быстрее обработки в камере с порошком;
Гибридная установка DMG MORI LASERTEC 4300 3D
Рис. 140. Гибридная установка DMG MORI LASERTEC 4300 3D в защитном кожухе
Гибридная установка DMG MORI LASERTEC 4300 3D без защитного кожуха
Рис. 141. Гибридная установка DMG MORI LASERTEC 4300 3D без защитного кожуха
  • возможность производить полные компоненты;
  • изготовление сложных геометрий, в том числе подрезов, могут быть реализованы без поддерживающих структур;
  • ремонт компонентов турбин и инструмента / пресс-форм;
  • нанесения износостойких покрытий;
  • полная обработка с полностью автоматическим переключением между фрезерования и лазерной обработкой;
  • большая рабочая зона для деталей до Ø 650 мм, 360 мм в высоту и максимальный вес до 1000 кг для 5-осевого поворотного стола, и Ø 660 мм, 1500 мм в длину и максимальный вес до 1500 кг поворотного стола.

Разработкой наиболее совершенной гибридной системы занимается компания Hybrid Manufacturing Technologies, базирующаяся в Великобритании и США. Эта компания интегрировала функции аддитивного производства в ЧПУ станок от Hamuel Riechenbacher (рис. 142) .

Гибридная установка фирмы Hybrid Manufacturing Technologies
Рис. 142. Гибридная установка фирмы Hybrid Manufacturing Technologies

Данная система позволяет реализовывать аддитивную и субтрактивную обработку, лазерную наплавку, маркировку, резку, сверление, подогрев, термическую обработку, закалку, чистку и автоматический контроль геометрии щупом.

Технология была разработана для ремонта турбинных лопаток в автоматическом режиме, что способствует повышению качества изделия, минимизации производственного цикла с соответствующим уменьшением стоимости ремонта (рис. 143).

Ремонт турбинной лопатки
Рис. 143. Ремонт турбинной лопатки по технологиям компании Hybrid Manufacturing Technologies

 

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *