Гибридная технология аддитивного производства совершает революцию в изготовлении высококачественных металлических деталей

Гибридный многозадачный станок, интегрированный в цепочку процессов

Компания Hoedtke GmbH and Co. KG (Hoedtke) всегда позиционировала себя как инновационную компанию в отрасли — еще в начале 1970-х она начала применять лазерную обработку и сейчас успешно пользуется накопленным опытом . «Когда мы узнали про лазеры, они еще не использовались в металлообработке», — заявил Иоахим Х. Хоедтке (Joachim H. Hoedtke), исполнительный директор. — «Мы начали с технологии лазерной резки, а затем реализовали процесс лазерной сварки. Следующим этапом был аддитивный производственный процесс, в рамках которого струя металлического порошка наплавляется в трехмерном пространстве с использованием лазера.»

С конца 2014 г. компания Hoedtke использует систему лазерной наплавки и фрезеровки Lasertec 65 3D от DMG MORI, оборудованную контроллером Siemens Sinumerik® 840D. Это многозадачный станок особого типа, в котором сочетаются аддитивный и субтрактивный процессы, в частности, в одной системе совмещены Multi-industryHoedtkeГибридная технология аддитивного производства совершает революцию в изготовлении высококачественных металлических деталейгенеративная лазерная наплавка порошка (осаждение материала при помощи направленного энергетического воздействия — directed energy deposition (DED)) и одновременная 5-осевая фрезеровка. Станок является частью интегрированного процесса проектирования и управления производством с помощью CAD/CAM систем и ЧПУ, в котором для гибридного аддитивного производства используется программное обеспечение NX™.

Программное обеспечение NX применяется для подготовки комплексного производственного процесса с использованием полного цифрового двойника детали, заготовки, оснастки и станка.

Система рассчитывает траектории лазерного луча для аддитивного производства и траектории режущего инструмента для субтративной (фрезерной) обработки.

Аддитивный и субтрактивный процессы в одной системе (одной установке)

Создавая Lasertec 65 3D, компания DMG MORI реализовала новую лазерную технологию наплавки порошка в апробированной концепции фрезерного станка, получив гибридный станок нового поколения, пригодный для производства деталей большого размера. Данный комбинированный станок сочетает в себе преимущества аддитивного DED-процесса, такие как высокая скорость осаждения металла и возможность осаждения металла на имеющиеся компоненты, с возможностями современной высокоточной 5-осевой фрезерной обработки.

«Процесс лазерной наплавки порошка позволяет нам наносить большое количество материала за очень короткое время», — поясняет Ванесса Сейда (Vanessa Seyda), эксперт-технолог по аддитивному производству в Hoedtke. — «Таким образом, мы можем производить трехмерные компоненты, применяя высокопроизводительный процесс».

«Важным преимуществом сочетания аддитивного и субтрактивного процессов обработки является то, что мы можем производить детали с помощью относительно грубого аддитивного процесса, а затем добиваться высокой точности путем фрезерной обработки», — добавляет Хоедтке. — «Это означает, что функциональные поверхности могут обрабатываться без снятия детали, что дает очень высокую точность».

Контроллер Sinumerik на станке Lasertec имеет открытую архитектуру в отношении как интерфейса оператора, так и диапазона реального времени, и идеально подходит для эффективного использования различных технологий в многозадачных процессах, например таких, в которых на одном станке сочетается несколько производственных технологий. Одним из таких передовых многозадачных процессов является гибридная концепция компании Hoedtke, сочетающая непрерывную 5-ти осевую фрезерную обработку и лазерную наплавку порошка.

Преимущества гибридного станка очевидны. «В зависимости от используемого сопла с помощью процесса лазерной наплавки порошка в настоящее время можно получить наплавленную зону шириной не более трех миллиметров с черновой поверхностью», — говорит Сейда. Для достижения точности, требуемой от функциональных поверхностей сложных компонентов, дополнительно к лазерной наплавке применяется непрерывная 5-ти осевая фрезерная обработка. Станок может переключаться между лазерной наплавкой порошка и фрезерными операциями, что позволяет обрабатывать участки заготовки, недоступные на детали в ее окончательной форме. Кроме того, 5-осевая кинематическая схема Lasertec 65 3D обеспечивает точное позиционирование деталей в ходе аддитивного процесса, так что возможно создание сложных форм. Так как позиционирование компонентов производится с помощью наклоняемого поворотного стола, в процессе DED можно исключить дополнительные поддерживающие структуры, которые обычно необходимы для порошковых лазерных процессов.

Интегрированная цепочка процессов CAD/CAM/ЧПУ для аддитивного и субтрактивного процессов

Для использования преимуществ гибридного производственного процесса требуются расширенные возможности проектирования и инженерного анализа. В некоторых случаях для детали, которая ранее производилась с использованием традиционного процесса обработки, применение гибридной аддитивной технологии требует полного переосмысления процесса проектирования. Для аддитивных и субтрактивных процессов важно выбирать подходящие стратегии обработки и использовать систему CAD/CAM, специально предназначенную для расчета траектории движения инструмента для гибридного оборудования.

Программное обеспечение NX для гибридного аддитивного производства поддерживает функционал, обеспечивающий интегрированное решение от проектирования изделия до его изготовления на станке с ЧПУ, включая разработку траектории перемещения для интегрированного процесса лазерной наплавки порошка и фрезерной обработки с последующей симуляцией этих процессов. «Очевидно, что предпочтительно работать с единым программным решением, охватывающим все этапы от проектирования и программирования до производства», — говорит Сейда. — «Решение NX от Siemens дало нам уникальную возможность подготавливать данные как для аддитивного, так и для субтрактивного процессов (фрезерной обработки)».

Hoedtke имеет возможность оптимизировать детали и процесс до производства, проводить топологическую оптимизацию детали, используя широкий ассортимент функций моделирования и анализа NX. «Возможности симуляции процессов обработки очень важны, так как малейшая вибрация шпинделя или лазера может стать причиной существенного повреждения», — говорит Стеффен Хайтманн (Steffen Heitmann), который работает в компании как с программным обеспечением NX, так и со станком Lasertec. Дополнительно к этапам разработки аддитивного процесса на основе оптимизации 3-мерной конструкции, анализа детали и оценки тепловых влияний.

После создания программы ЧПУ с помощью NX, она напрямую загружается в станок. «Контроллер Siemens Sinumerik обращается к серверу, и как только программа последующей обработки будет готова, станок может немедленно загрузить программу», — говорит Хайтманн. Затем Sinumerik 840D осуществляет управление приводами Sinamics S120 и связанными электродвигателями для прецизионного перемещения оснастки и детали.

Все преимущества целостного решения, соответствующего отраслевому стандарту

Оставаясь лидером в отрасли, Hoedtke стала одной из первых компаний, применивших интегрированный процесс CAD/CAM/ЧПУ с помощью Lasertec 65 3D и NX для изготовления высокоточных деталей на мощном гибридном станке.