13. prosince 2018 08:10

Aditivní výroba. Razantní a k životnímu prostředí šetrná povrchová úprava.

EMO Hannover 2019 – Nový postup na obráběcím stroji s aditivní výrobní technologií.

Nový postup pro extrémní vysokorychlostní navařování laserem (Ehla) má skutečně úspěšný příběh: od roku 2012 intenzivní vývoj v Cáchách, důsledná realizace a odzkoušení systémové techniky v Nizozemsku a potom nasazení v průmyslu v Číně. Postup, který byl vyvinut ve Fraunhoferově ústavu pro laserovou techniku ILT a na katedře digitální aditivní výroby DAP Univerzity RWTH v Cáchách, obdržel cenu Bertholda Leibingera za inovace. Cena se uděluje od roku 2000 za mimořádné výzkumné a vývojové práce v oblasti využití nebo výroby laserového světla každé dva roky.

Návod na výrobu pravděpodobně nejrychlejšího zařízení pro povrchovou úpravu pomocí laseru je svým způsobem velmi jednoduchý: Vezmeme CNC soustruh, nainstaluje se zdroj laserových paprsků, obráběcí hlava a systém na přivádění prášku– a hotovo. Toto chytré využívání aditivní výrobní technologie bude představeno veřejnosti na veletrhu EMO Hannover 2019.

Inzerce

Nový postup řeší problém, který se týká zvláště výrobců velmi namáhaných kovových dílů. Díly se musí povrchově upravit, aby nedocházelo ke korozi nebo opotřebení. Extrémně vysoké jsou například požadavky na povrchovou úpravu dlouhých válců, které vzhledem ke slanému prostředí v moři rychle rezaví a opotřebovávají se. Tradiční postupy povrchové úpravy, jako je tvrdé chromování, termické stříkání a  navařování jsou spojené s nevýhodami. Také laserové navařování se dosud prosadilo v této oblasti jen v jednotlivých případech.

Laser (Ehla). (Photo: Fraunhofer ILT / Volker Lannert)

Alternativa k tvrdému chromování

Nejběžnějším postupem pro ochranu proti korozi a opotřebení bylo dosud tvrdé chromování s chrómem (VI), který byl však pro své škodlivé účinky na životní prostředí zařazen do nařízení EU o chemikáliích EC 1907/2006 (REACH). Od září 2017 se smí proto používat jen po autorizaci nebo na zvláštní povolení. S tímto problémem se musela vypořádat společnost IHC Vremac Cylinders B.V. z Apeldoornu (Nizozemsko), která vyrábí hydraulické válce s pístnicemi dlouhými až 10 m. Využívají se v extrémně tvrdých podmínkách u bagrů, offshore zařízení, při hlubinné těžbě a u těžké techniky.

Využítí v extrémně tvrdých podmínkách u bagrů, offshore zařízení, při hlubinné těžbě a u těžké techniky. (Photo: pichitstocker – stock.adobe.com)

„Hledali jsme už dlouho nové firmy, které efektivně nanášejí duktilní a tvrdší vrstvy,“ podává vysvětlení Andres Veldman, manažer plánování ve společnosti IHC Vremac Cylinders. Pro duktilní vrstvy jsou vhodné elektrolytické postupy a pro tvrdé vrstvy přichází do úvahy vysokorychlostní stříkání plamenem (HVOF). V Apeldoornu jsme se ale také zaměřili na laser. První výzkumy v roce 2006 sice ukázaly, že běžné navařování laserem je příliš drahé a komplikované. „Byli jsme však pevně přesvědčeni, že má tento postup budoucnost,“ vzpomíná A. Veldman.

Povlakování pomocí laseru umožňuje fantastické hodnoty

Nemýlil se: Za svůj průlom vděčí postup hlavně inovaci v řízení postupu, která umožňuje mnohem vyšší rychlost úpravy povrchů. Kovový přídavný materiál se taví přímo v laserovém paprsku a nikoliv až v tavné lázni. Důsledek: společnost Ehla nanáší povrchovou vrstvu procesovou rychlostí až 500 m/min. Dosud byly běžné rychlosti 0,5 až 2 m/min. Postup Ehla kromě toho umožňuje nanášet mnohem tenčí vrstvy. Dosud bylo možné nanášet jen vrstvy silné přes 500 mikrometrů a nyní lze nanášet vrstvy tenké 25 až 250 mikrometrů. Vrstvy jsou kromě toho hladší, drsnost byla snížena na desetinu hodnoty typické pro povlakování s pomocí laseru.

Za úspěch na trhu vděčí vývojáři z Cách také dvěma odvážným holandským průkopníkům. Při hledání výrobce zařízení narazili vědci na zatím mladou firmu Hornet Laser Cladding B. V. z Lexmondu v Nizozemsku, k jejímž zakladatelům Jelmeru Brugmanovi a Franku Rijsdijkovi mají už léta úzkou vazbu. V roce 2014 vzniklo v jejich továrně první zařízení Ehla. Přitom se jednalo v podstatě o „dostrojený“ automatický soustruh. Thomas Schopphoven, vedoucí týmu „produktivita a systémová technika“ ve skupině „povlakování laserem“ ve Fraunhoferově ústavu ILT dále vysvětluje: „Výhodou povlakování rotačně symetrických dílů je, že lze potřebné komponenty – tedy zdroje laserového paprsku, obráběcí hlavy Ehla a systém přívodu prášku – dobře zaintegrovat a řízení technicky zajistit.“

Thomas Schopphoven, Fraunhofer ILT, Aachen (Photo: Fraunhofer ILT )

Postup je už využíván v mezinárodním měřítku

Souhra Fraunhoferova ústavu ILT a firmy Hornet přesvědčila společnost IHC v Apeldoornu. „Na základě typu obráběcího stroje, který se u nás v Apeldoornu už využíval, vzniklo zcela nové zařízení,“ vzpomíná A. Veldman. „Byla to velmi chytrá myšlenka, protože v horším případě– to byl náš plán B– jsme mohli zařízení využívat také jako soustruh. Pořízení a přestavba soustruhu na zařízení Ehla dlouhé asi 14 metrů, instalace a uvedení do provozu trvalo necelých šest měsíců.“

V Holandsku už probíhá sériová výroba. Po několika dokončených projektech je A. Veldmanovi jasné, že postup nyní zatím ještě stojí asi tolik jako termické stříkání. Podle odhadů bude postup levnější po optimalizaci procesů závěrečného zpracování. Zákazníci z oblasti offshore však pracovníky z Apeldoornu o výhodách nového povlakování  přesvědčili už nyní. Organizace pro řízení rizik Lloyd’s Register (LR) už firmu Ehla certifikoval podle normy DIN EN ISO 156147. A. Veldman: „Jejich specialisté byli na počátku velmi skeptičtí, protože jsme nechali v laboratoři na začátku odzkoušet jen vrstvy tenké 200 mikrometrů, které byly potom zbroušené ještě na 150 až 100 mikrometrů. Tím jsme chtěli získat jistotu, že vrstvy poskytnou i po opotřebení dobrou ochranu proti korozi.“ Odborníci ze společnosti ICH přitom věděli, co dělají. Podnik od roku 2015 provedl povlakování slitinami odolnými proti opotřebení a korozi pro nejvyšší požadavky u několika stovek hydraulických válců pro celosvětové využití offshore o délce až 10 m a o průměru až 500 mm.

Na velké množství možností různého využití se spoléhá také společnost Trumpf Laser- und Systemtechnik GmbH z Ditzingenu, která nyní nabízí pro různé velikosti dílů laserová zařízení s postupem Ehla. K životnímu prostředí šetrná a rychlá technika dokázala přesvědčit zákazníky i mimo Evropu. Nedávno začali postup využívat také v Číně. Tchen Hong, výkonný ředitel společnosti ACunity GmbH z Cách,  spin-off  Fraunhoferova ústavu ILT: „Potřeba postupu Ehla je velmi vysoká, protože Čína chce podle evropského vzoru v příštích dvou letech tvrdé chromování omezit předpisem.„. Spin-off  proto v roce 2017 navázal strategickou spolupráci s Čínskou akademií strojní techniky a s technologickou skupinou Technology Group Co., Ltd. (CAM) v Pekingu a vzniklo pětiosé zařízení s přizpůsobenou tryskovou technologií firmy Ehla. Po několikerém úspěšném nasazení ve společnosti CAM v Pekingu objednala firma Hebei Jingye Additive Manufacturing Technology Co. Ltd. dvě zařízení na vnější povlakování hydraulických válců offshore dlouhých až 5 metrů a o průměru maximálně jeden metr a další zařízení pro vnitřní  povlakování. Tchen Hong je po prvním úspěchu postupu Ehla v Číně optimistický, protože mají následovat z branže offshore zakázky na pět až deset zařízení. S dalšími zakázkami se změní také výrobní postup. Zatímco se dosud především jednalo o zařízení na míru, mají nyní vznikat modulová stavebnicová zařízení pro malá, střední až po velmi velká zařízení.

První továrna EHLA v Číně. (Photo: ACunity)

Začínají vznikat i další postupy

Kromě postupu Ehla vznikají i jiné postupy– jako je nanášení nanostruktur na bázi laseru (Projekt Laser-4-Fun, www.laser4fun.eu ) nebo také inovace klasických postupů jako je navařování s wolframem a inertním plynem nebo plazmové navařování PTA. „Kromě postupu Ehla však na celém světě zatím neexistuje jiný flexibilní a současně hospodárný postup povlakování s efektivním využitím zdrojů pro nanášení vysoce kvalitních metalurgicky tavením vázaných tenkých vrstev,“ zdůraznil T. Schopphoven. „Postup skýtá výrazné výhody v porovnání s vrstvami, které se nanášejí termickým stříkáním nebo elektrochemickými postupy, kde je přilnavost vrstvy jen omezená.“

Autor: odborný novinář Nikolaus Fecht, Gelsenkirchen

EMO Hannover 2019 – vedoucí světový veletrh obrábění kovů

Mezinárodní výrobci výrobních technologií představí od 16. do 21. září 2019 na veletrhu EMO Hannover chytré technologie. Pod heslem „Smart technologies driving tomorrow’s production“ ukáže vedoucí světový veletrh obrábění kovů celou paletu moderní techniky obrábění kovů, která je srdcem každé průmyslové výroby. Budou zde představeny nejnovější stroje a efektivní technická řešení, služby doprovázející produkt, udržitelnost ve výrobě a mnoho dalšího. V popředí veletrhu EMO jsou třískové a tvářecí obráběcí stroje, výrobní systémy, přesné nástroje, automatizovaný materiálový tok, počítačové technologie, průmyslová elektronika a příslušenství. Odborní návštěvníci veletrhu EMO jsou ze všech významných průmyslových branží, jako je výroba strojů a zařízení, automobilový průmysl a jejich subdodavatelé, technika pro letectví a kosmonautiku, jemná mechanika a optika, loďařský průmysl, medicínská technika, výroba nástrojů a forem, ocelové a lehké stavby.  EMO Hannover je nejvýznamnější světové mezinárodní setkání výrobní techniky. Veletrhu EMO Hannover 2017 se zúčastnilo téměř 2.230 vystavovatelů ze 44 zemí a okolo 130.000 odborných návštěvníků ze 160 zemí. EMO je registrovaná značka evropského svazu výrobců obráběcích strojů CECIMO.

www.emo-hannover.de