A huzal alapú 3D fémnyomtatás előnyei

Cikkünkben bemutatjuk a Meltio M450 3D fémnyomtatót, valamint a huzal alapú WAAM és Wire LMD technológiák előnyeit.

Napjainkban egyre nagyobb teret kapnak a gyártók életében az additív gyártási folyamatok, köszönhetően annak, hogy költséghatékonyabb, gyorsabb, rugalmasabb munkafolyamatokra lehet szert tenni használatukkal, mint a hagyományos gyártás során. A 3D nyomtatás, azon belül is a fém 3D nyomtatás hazai berkeken belül is egyre népszerűbb, kiegészítve vagy éppen kiváltva ezzel az egyes gyártócégek munkafolyamatait.

Az additív technológia ezen szegmensének tárháza azonban már-már kimeríthetetlen. Egyre több gyártóvállalat kínál ügyfelei számára 3D nyomtatási lehetőségeket, a végeredmény azonban közel sem azonos minden esetben. A termék minőségét nagyban meghatározzák az alábbiak: az alkalmazott technológia, az anyaghasználat, illetve az adott 3D nyomtató paraméterei. Jól megfontolt döntésre van tehát szükség ahhoz, hogy a számunkra ideális additív gyártás megvalósulhasson.

A Büttner Kft. nagyatádi és pécsi üzemeiben például egészen széles termékstruktúra van jelen, kezdve a nagy bonyolultságú szerszámlapoktól egészen a műanyag fröccsöntő-, alumíniumnyomásos öntő-, lemezalakító szerszámokhoz szükséges szerszámlapok és elemek gyártásáig. A széles termékpaletta diktálta körülményeknek tesz eleget a Meltio M450 kulcsrakész 3D fémnyomtató, amely megbízható, könnyen felhasználható, rugalmas és megfizethető megoldást jelent nem csak a fémnyomtatás, hanem azzal járó fejlesztések során is.

A Meltio M450 az ipar számos területén felhasználható. Alapkészülékként igénybe vehető 3D nyomtatáshoz, illetve robottal és akár már meglévő CNC rendszerrel is integrálható. Előbbi esetében az additív és abrazív technológia kettős használatára tehetünk szert, míg utóbbi, vagyis a robotos megoldás során nagy, összetett alkatrészek javítására is lehetőségünk nyílik. Széles alapanyagválasztékkal alkalmazható (1.ábra), kezdve a rozsdamentes acéltól a titánon keresztül egészen a platináig.

1.ábra

A Meltio sokféle alkalmazást egyesít egy nyomtatón belül. Használatával lehetőség nyílik a szimpla huzal alapú, a kétféle fém huzal alapú, valamint a huzal és por alapú hibrid 3D nyomtatásra is. Több komponensből álló anyagok nyomtatását is lehetővé teszi, amely kiváló megoldás jelent az öntöttvas forma javításánál, a korrózió ellenálló kettős anyagú csövek kialakításánál, a turbina ventiáltor lapát mechanikai ellenállóságának növelésében vagy akár a négy anyagot tartalmazó fúrószár keményítésében. Alkalmazásával a fizikai paraméterek javulása tisztán kimutatható (2.ábra), legyen szó szakítószilárdságról, folyáshatárról, megnyúlásról.

2.ábra (*További anyagoknál lásd: www.meltio3d.com/materials)

Mint fentebb írtuk, a 3D nyomtatásnak azonban számos vállfaja van, melyek teljesen különböző paraméterekkel és alapanyaghasználattal járnak, ennek eredményeképpen pedig a legyártott termék minőségén is nyomai vannak. A továbbiakban ezen eljárások skálájáról (3.ábra) mutatunk be kettő alkalmazási lehetőséget: az ív, vagyis WAAM-technológiát, illetve a Meltio Wire LMD technológiáját. A következőkben sorra vesszük ezen megoldások előnyeit és velejáróit, kezdve a beruházási költségektől, az anyaghasználaton és folyamatidőben megjelenő változásokon keresztül, a felületkezelésig. Végezetül pedig egy rövid kitekintés erejéig különbséget teszünk a por és huzal (ami a Meltio esetében már a lézerhuzal terén való fejlesztést jelenti) alapú fém 3D nyomtatás között, melynek apropója, hogy a WAAM és Wire LMD technológiák az utóbbi kategóriát erősítik.

3.ábra

Költséghatékonyság

A fentiekben említett sokoldalú felhasználásnak köszönhetően a Meltioval a méret és komplexitás szerinti termékstruktúra nagyon széles spektruma fedhető le a gyártás során. De mit jelent ez a költségek szintjén? Milyen ára van a sokoldalúságnak?

Beruházási költségek tekintetében a Meltio Wire LMD technológiája értékarányos, piacon elérhető más technológiákhoz képest pedig a legkedvezőbb üzemeltetési költséggel rendelkezik. Maga a készülék (vagyis a 3D nyomtató), kiegészítőivel együtt a 120-160 ezer eurós tartományban mozog, amivel az alább látható lista (4.ábra) élén helyezkedik el. Felhasznált anyagköltség szintjén is listavezető, a maga 10-100 euró/kg besorolásával. Ehhez képest ugyan a WAAM technológia egy drágább beruházásnak minősül 200 ezer-1 millió eurós alaptételével, azonban anyagköltség szintjén az LMD mellett foglal helyet.

4.ábra

Ami a nyersanyagköltségeket illeti, az LMD ebben az összehasonlításban is jobb más technológiákhoz képest. Ha az első ábrán is látható rozsdamentes acélt vesszük alapul, akkor látszik, hogy a nyersanyagköltség értéke az LMD esetében majdnem megegyezik a beruházási költség/fogyóanyagok költségével. Mindkettő rendkívül alacsony, pláne mondjuk a PBF fogyóanyagköltségéhez vagy a Material Extrusion nyersanyagköltségéhez viszonyítva. Összességében a WAAM technológia ugyan második helyen szerepel, de nyersanyagköltsége megegyezik a Meltio Wire LMD értékeivel, köszönhetően annak, hogy mindkét technológia esetében huzalos megoldásról beszélünk. Ehhez képest a poralapú 3D technológiák költségei jóval magasabbak!

5.ábra

Folyamatidő és minőség

Az optimális gyártás elérése érdekében a költségeken túl érdemes szemügyre venni a 3D nyomtatás előkészületeit, folyamat közbeni változásait, valamint az utómunkálatokra szánt időt is. Az értékek meghatározásához vegyünk példának egy 5×5 cm-es rozsdamentes acélból készülő 1 kg súlyú kockát (6.ábra).

Az előkészületet és gépbeállítást tekintve, mindössze 15 percet igényel az LMD és WAAM technológia, amit csupán a Material Extrusion előz meg a maga 10 perces előbeállításával. Ettől az 5 perctől viszont nyugodtan eltekinthetünk, hiszen maga a 3D nyomtatás folyamata már szembetűnő különbséget mutat. 3 kg/óra nyomtatási sebességének köszönhetően 20 perces nyomtatási idejével a WAAM élen jár e tekintetben. Második helyet foglalja el az LMD, 0,8 kg/óra sebességgel és 1,5 órás munkaidővel. Ezekhez képest a gyorsabb előkészületi idővel rendelkező Material Extrusion technológia 12 órás munkaidővel dolgozik, amihez, ha hozzászámoljuk az utómunkálatokat, nagyjából 5 napos gyártást kapunk. Ehhez képest a WAAM és LMD nagyjából 1, illetve 2 órás szintideje csúcskategóriának számít a fémnyomtatás sorában.

6.ábra

A gyorsaság azonban nem minden. A huzalos 3D nyomtatási technológia jelenlegi hátulütője a felületminőségben keresendő (7.ábra). Költséghatékonysága és gyorsasága ellenére a felület simasága utókezelés nélkül a WAAM esetében kimondottan rossznak mondható, 200-500 Ra (µm) értéktartományával. Az LMD ettől azért jobb, mondhatni középkategóriát foglal el 50-120 Ra (µm) értékével, azonban mindkét megoldást jócskán megelőzi a PBF technológia, 5-20 Ra (µm) simaságával.

7.ábra

Huzal kontra por

A költséghatékonyságon és gyorsabb munkaidőn kívül tekintsük meg milyen egyéb különbségek vannak huzalos és por alapú 3D fémnyomtatás között. A felhasználói tapasztalatokra támaszkodva hivatkozva elmondható a huzalos megoldásról, hogy nem igényel PPE munkavédelmi intézkedéseket, ellenben a porral működő gépek mellett kötelező a megfelelő maszk, védőruha és kesztyű használata. Ugyanez igaz a tárolásra és anyagszavatosságra is. A huzal kockázatmentes és szárazon tartható, míg a por tűzveszélyes és nedvesség esetén anyagkárosodás léphet fel. Géptisztítás és alapanyagcsere esetén kockázatmentes és tiszta munka érhető el a huzallal, ellenben a porágyas nyomtatás körülményes tisztítást igényel, növelve ezzel a folyamat közbeni időket, nem beszélve a keresztszennyeződés kockázatáról.

Ugyan a költségekről már esett szó fentebb, egy végső kitekintés erejéig nézzük meg, milyen szembetűnő különbség mutatkozik a huzalos és poros eljárás között (8.ábra):

8.ábra

Összegzés

Miért is jó a huzalos 3D nyomtatás? Milyen előnyei vannak? Nos, a huzalos eljárás 0% anyagveszteséggel jár. A technológia lehetővé teszi a huzal és anyag összeolvadását, így nem keletkezik hulladék a gyártás során. Költséghatékonyságban nagyságrendekkel megelőzi a por alapú technológiákat, mindezek mellett pedig rugalmasabb, termelékenyebb és gyorsabb gyártást érhetnek el vele a gyártócégek a por DED eljárásokhoz képest.

Mindezen tulajdonságok és előnyök fényében a kezdetben por és huzal alapú 3D fémnyomtatással foglalkozó Meltio fejlesztései egyre inkább a lézerhuzalos megoldást tökéletesítésére irányulnak.

Az eredeti cikk a A huzal alapú 3D fémnyomtatás előnyei – CNC oldalon érhető el.