18 mei. 2016
4 minuten
Menig fabrikant van cnc-machines voor verspanende bewerkingen is op de 3D-printtrein gesprongen. Ingewijden uit de additive manufacturing-sector zien veel potentieel in deze zogenaamde hybridetechnologie. Want de claddingtechnologie die de machinebouwers hiervoor gebruiken, maakt grotere werkstukken mogelijk én er kunnen op bestaande componenten nieuwe features worden aangebracht.
Laser Metal Deposition (LMD) is net als Selective Laser Melting (SLM) een techniek voor het 3D-printen van metalen componenten. Er bestaat echter een fundamenteel verschil dat direct duidelijk maakt waarom LMD geschikt is voor grote componenten en SLM juist voor kleinere, meer fijnmechanische werkstukken. SLM gebeurt onder een beschermgas, in een volledig zuurstofvrije omgeving. De variant op deze technologie, waarbij in plaats van een laser een elektronenstraal als warmtebron wordt gebruikt, smelt in een vacuümkamer zonder beschermgas. Dit gegeven bepaalt grotendeels de beperkte afmetingen. LMD kent deze beperking niet; in feite is dit de 3D-variant van het al langer bestaande lasercladden.
Lasercladden in 3D
Volgens Wilhelm Meiners van het Fraunhofer ILT is er nog een lange weg te gaan voordat met deze LMD-techniek ook complexe producten zoals blisks voor vliegtuigmotoren seriematig worden gemaakt. De demonstrator die ze in Aken hebben ontwikkeld, toont in ieder geval de richting aan: het kan. De stap naar de productie van eenvoudigere onderdelen met LMD is dichterbij, denkt hij. Hij ziet wel andere toepassingen dan voor de SLM-techniek. ‘LMD wordt momenteel met name toegepast bij reparatiewerk of het bewerken van smeeddelen.’ Het voordeel van de techniek is dat je een bestaand design bij een reparatie eventueel kunt aanpassen. De doorlooptijd is dikwijls korter dan wanneer er een heel nieuw onderdeel gemaakt moet worden. Het tweede voordeel is dat het tempo waarin wordt opgebouwd veel hoger ligt dan bij lasersmelten. Een derde voordeel van de LMD-technologie is dat er meest poeders worden gebruikt die al gecertificeerd zijn voor bepaalde toepassingen. Dat zijn namelijk de poeders voor het lasercladden.
Hybride machines
De fabrikanten van cnc-machines die de afgelopen jaren hybride machines op de markt brengen, passen bijna allemaal LMD toe. De uitzondering is Matsuura. Het Japanse bedrijf heeft de freestechnologie geïntegreerd in een poederbedmachine (SLM). Matsuura richt zich met de hybridemachine dan ook vooral op de gereedschappenindustrie. En daarin gaat het dan om hele kleine onderdelen, bijvoorbeeld inserts voor spuitgietmatrijzen. Hoewel de anderen veelal LMD-toepassingen, betekent dit niet dat ze allemaal dezelfde oplossingen kiezen. DMG Mori bracht enkele jaren geleden als een van de eersten een hybridemachine op de markt. De Duits-Japanse machinebouwer integreert een laser in een vijfassig bewerkingscentrum wat resulteert in de Lasertec 65 3D. Omdat er in Duitsland al veel kennis aanwezig is op het vlak van lasertechnologie in verspanende machines, wordt deze machine in Pfronten ontwikkeld en gebouwd.
Een minder bekende fabrikant van cnc-machines die praktisch tegelijkertijd met DMG Mori is ingestapt, is Hamuel. Deze Duitse machinebouwer levert vooral highspeed draaimachines. Al op de EMO 2013 werd een prototype van een draaimachine met geïntegreerde lasercladkop getoond. Inmiddels is deze hybridemachine serierijp. Volker Böhm, productmanager, heeft een goede reden waarom voor deze optie is gekozen: ‘De komende twintig jaar verdubbelt de vliegtuigindustrie de productie. Tegelijkertijd stijgen de prijzen van titanium, aluminium en superlegeringen. De kosten voor het repareren van turbinedelen worden goedkoper dan het produceren van nieuwe.’ Daarom heeft Hamuel een complete geïntegreerde oplossing ontwikkeld, inclusief een scanner in de machine en een adaptief freesproces. Hierdoor gebeurt het opbouwen van het beschadigd onderdeel en het nabewerken met cnc-draaien volledig geautomatiseerd.
Ibarmia en Hermle
Ibarmia, de Spaanse fabrikant van cnc-machines, kiest ervoor om de 3D-unit te integreren in een vijfassige freesmachine. De vierde en de vijfde as zitten in de freesspindel aan de kolom, waar ook de lasercladkop wordt bevestigd. Ook bij Ibarmia wordt deze net als freesgereedschappen gewisseld. De 3kW fiberlaserbron komt van Rofin. De Spanjaarden hebben hun hybridemachine nog niet officieel te koop gezet in de markt, omdat ze nog bezig zijn de efficiency van het poedergebruik te verbeteren. Daarnaast willen ze een scanner in de machine integreren, om in dezelfde opspanning de geometrie te kunnen controleren voordat de laatste freesbanen worden afgewerkt.
Hermle is een buitenbeentje met de hybridetechnologie. De fabrikant van freesmachines werkt al heel lang aan additive manufacturing-technologie, langer dan de anderen, en heeft deze geïntegreerd in een vijfassig bewerkingscentrum uit eigen huis. In tegenstelling tot de anderen, gebruikt Hermle geen laser voor het smelten van het materiaalpoeder maar gebruikt het kenetische energie door de poederdeeltjes met hoge snelheid zeer precies richting het op te bouwen werkstuk te sturen. Hermle heeft eveneens een eigen CAM-pakket voor de hybridetoepassing ontwikkeld. De hybridemachines worden alleen gebruikt in het eigen bedrijf dat hiervoor is opgericht en dat exclusief voor Hermle-klanten werkt. Wel wordt verwacht dat Hermle de technologie in de komende jaren ook als machine gaat verkopen.