Framtidens maskinteknik är här
Den tyska maskintillverkaren HERMLE har tagit fram en utrustning med både CNC-fräsning och integrerad additiv teknik för tillverkning av komplexa metallkomponenter. Den additiva tekniken har de döpt till Metal Powder Application, MPA. Tekniken är en termisk sprutprocess för metallpulver. Förfarandet kan användas för att producera små och stora komponenter med valfria geometrier. MPA applikationsenheten är integrerad i en standard Hermle 5-axlig fleroperationsmaskin. Maskinen MPA 40 och framför allt metod och processparametrar har utvecklats under sju år.
Följande speciella egenskaper bör nämnas:
– Med Hermle MPA teknik kan arbetsstycken tillverkas med en diameter av upp till 550 mm, höjd 460 och vikt upp till 600 kg
– Partiell material uppbyggnad på halvfabrikat
– Möjlighet att alternera mellan material uppbyggnad, den additiva metoden och konventionell bearbetning som fräsning, borrning osv.
– Möjligt att integrering andra funktions komponenter som t.ex. värmeslingor direkt i arbetsstycket
– Kombination av olika material på en och samma komponent
MPA-Tekniken
Metallpulverpartiklarna accelereras till mycket hög hastighet med hjälp av en bärargas och appliceras sedan via ett munstycke på arbetsstycket. Munstycket är monterat vid sidan av den vanliga frässpindeln. Munstyckets rörelse styrs därvid på liknande sätt som vid fräsning. Genom den höga rörelse energin som partiklarna får uppstår vid sammanstötningen lokalt mycket höga tryck ca 10 GPa och temperaturer på upp till 1000° C. Detta gör att partiklarna blir kraftigt deformerade och det skapas en bindning mellan partiklarna och arbetsstycket. Principen kan också kallas för mikro-smide.
Material uppbyggnad genom lager på lager och bearbetning i kombination
Genom integrationen av MPA applikationsenheten i en Hermle 5-axlig fleroperationsmaskin blir det möjligt att alternera mellan material uppbyggnad och konventionell bearbetning. (Fräsning borrning osv.) i en enda maskin.
Materialet appliceras i lager på komponenten så långt det kan tillåtas för att konturen fortfarande skall vara åtkomlig för bearbetning. Arbetsstyckets form- och måttnoggrannhet bestäms därmed genom valet av bearbetningsmetod och kan anpassas till individuella behov. När konturerna har bearbetats, växlar maskinen tillbaka till den additiva processen. På detta sätt kan en komponent byggas upp med komplexa och noggrann geometrier och den kan bestå av ett, två eller flera material. Upp till sex olika pulvermaterial kan laddas samtidigt i maskinen. Övergångarna mellan de olika materialen kan vara skarpa eller mjuka. En eventuell efterföljande värmebehandling optimerar mikrostrukturen och säkerställer att komponenten har önskad hårdhet.
Material
MPA-tekniken vidareutvecklas hela tiden. Det innebär att allt fler material blir möjliga att använda. Idag kan följande nämnas som exempel:
Stål:
1.2344 Verktygsstål (SIS 2242, H13), 1.2367 Verktygsstål (X38CrMoV5-3), 1.4404 Rostfritt stål (SIS 2348, 316L)
Tungmetaller:
Ren koppar, Brons
Lättmetaller:
Titan, Aluminium
Fyllnadsmaterial:
Genom användning av ett speciellt fyllnadsmaterial kan invändiga hålrum, kanaler och underskurna konturer tillverkas tex. göra kylkanaler i formsprutningsverktyg. Materialet kan sprutas på och bearbetas på motsvarande sätt som metallerna. För att frilägga den inre geometrin är det bara att lägga komponenten i ett vattenbad efter tillverkningen. Materialet är nämligen vattenlösligt. Vattnet kan filtreras och fyllnadsmaterialet kan därefter återanvändas i tillverkningen.
Analys, programmering och simulering
En CAD / CAM programvara med namnet MPA Studio har utvecklats speciellt för processen och kan användas för att skapa program med omväxlande generativ- och spånskärande bearbetning. Den tillåter anpassning av komponentgeometrin och lager-på-lager-analys som behövs för att bygga upp materialet. Processparametrarna för de olika metallerna är lagrade i en databas som är tillgänglig för operatören. Mjukvaran kan också simulera den kompletta processen samt har kvalitetssäkrings funktioner för bl.a. kontroll av den färdiga komponenten.
För mer info:
www.index-traub.se