3D-framställning av metall utan stödstrukturer

HS Automation utvecklade i samarbete med KUKA en lasercell för additiv metalltillverkning. Lasersvetsningen med KR IONTEC möjliggör en kostnadseffektiv och materialskonsam tillverkning av komplexa metalldelar.

KUKA-robotar revolutionerar den additiva metalltillverkningen av komplexa strukturer

Utmaningarna inom metallindustrin ?kar: Med en ny typ av 3D-metallframst?llning i en modul?r automationscell s?tter HS Automation och KUKA nya m?ttstockar. 3D-framst?llningssystemet f?r metall kombinerar roboten fr?n KR IONTEC-serien med ett vridtippbord som r?r sig synkront mot robotarmen enligt arbetsstyckets specifikationer. Sex svetslasrar i slutet av tryckhuvudet p? Meltio sm?lter den tillf?rda tr?den precist p? h?llarmaterialet eller arbetsstycket som uppst?r. Den f?rdiga komponenten beh?ver knappt bearbetas, om ens alls. Anl?ggningsutvecklare f?r minimala materialavfall och l?ga produktionskostnader med n?stan obegr?nsade konstruktionsm?jligheter tack vare samarbetet. Tekniken skapar verktyg, delar och friformer med materialegenskaperna hos rostfritt st?l, titan, inconel och byggst?l. Enligt experterna kommer snart ?ven 3D-framst?llning av koppar att vara m?jligt.

Detta m?jligg?r ocks? 3D-framst?llning av bioniska konstruktioner och komplexa strukturer som anv?nds i l?ttviktskonstruktioner och prototypkonstruktioner. Sm? och medelstora f?retag drar nytta av snabb reservdelsproduktion och sparar b?de energi och material. Anv?ndning av innovativa programvarul?sningar som KUKA.CNC g?r tekniken ?nnu mer attraktiv f?r sm? och medelstora f?retag. Tack vare KUKA.CNC kan strukturer som tidigare utformats med CAD-programvara eller CAM-system k?ras direkt – utan att CAD-filen beh?ver omvandlas till KUKA Robot Language (KRL).

Automationstjänsteleverantören HS Automation har sitt säte i Vöhringen, i den tyska delstaten Baden-Württemberg, och har samarbetat med KUKA sedan 2017.

Hur fungerar 3D-framst?llning f?r metall med KUKA-robotar?

Inom additiv tillverkning av metall uppst?r innovationer i minuttempo. M?let ?r att producera kostnadseffektivt fr?n och med f?rsta batchstorleken, att minska materialf?rbrukningen, men ocks? att minska efterbearbetningstiden. Automatiseringsexperten HS Automation uppfyller dessa krav f?r modern tillverkning inom metallindustrin med 3D-lasersvetscellen.?3D-framst?llaren svetsar lager f?r lager p? en arbetsstyckesh?llare.?

Den additiva tillverkningstekniken drar nytta av robotens och tippbordets rörlighet.

Till skillnad fr?n lasersintring s?nks inte h?llaren, utan robotarmen flyttar lasern synkront till det vridtippbord som h?llaren ?r monterad p?. DKP-400 V2, som ocks? utvecklats av KUKA, positionerar arbetsstycket s? att tryckhuvudet alltid kan svetsa nytt material p? r?tt st?lle. Lager f?r lager v?xer sig det i f?rv?g utformade 3D-objektet fram. St?dstrukturer som de ?r vanliga vid konventionell 3D-framst?llning blir d?rmed obsoleta – liksom pulverhantering som drabbar andra 3D-laserframst?llare eller vid metallasersintring. En annan skillnad ?r dimensionen p? de producerade delarna: Konventionella till?mpningar har en begr?nsad storlek p? ca 50 till 50?cm. HS Automation-tekniken producerar ocks? stora delar.

Lasern i 3D-metallframställningssystemet bär på lager en väggtjocklek på 2 mm.

Chanser och m?jligheter med 3D-metallframst?llning

Anv?ndning av den absolut uppm?tta roboten garanterar den noggrannhet som skiljer metalltryckstill?mpningen fr?n den befintliga konkurrensen. ”Med robotl?sningen ut?kar vi tillverkningsm?jligheterna enormt”, s?ger Rolf Steidinger, vd och aff?rschef p? HS Automation, om 3D-metallframst?llarens potential. Metoden l?ser till exempel reservdelsproblemet, eftersom otillg?ngliga delar nu kan tillverkas p? egen hand.

När en del inte kan tillverkas på konventionellt sätt är denna maskin oumbärlig.

Rolf Steidinger, vd för HS Automation

F?r konventionellt tillverkningsbara delar ?vertygar processen genom l?gre kostnader och fyra g?nger h?gre produktivitet. Laserapplikationssvetsning minskar b?de materialf?rbrukningen och efterbearbetningstiden j?mf?rt med fr?sning eller svarvning fr?n ett helt metallblock. Besparingspotentialen ligger h?r p? upp till 98 procent av materialet. Dessa styrkor bevisas framf?r allt inom verktygsbyggnad, specialanl?ggningskonstruktion eller tillverkning av prototyper. Tillverkning, testning och optimering av str?moptimerade komponenter, t.ex. vindkraftverk, accelereras enormt.

Vd och säljchef Rolf Steidinger ser enorm potential inom tekniken för 3D-metallframställning.

F?rdelar med additiv tillverkning f?r metall

Den innovativa kombinationen av robot, tippbord och lasertryckhuvud s?tter nya standarder inom 3D-metallframst?llning.

Maximal konstruktionsfrihet

Additiv metalltillverkning l?nar sig s?rskilt d?r komplexa strukturer eller objekt med dubbelv?ggar kr?vs.
Optimal mikrostruktur

3D-metallframst?llaren bygger upp objekt med en v?ggtjocklek p? 2?mm. Enheten tillverkar ?ven arbetsstycken av metall resp. legeringar.
Kostnadseffektiv och hållbar

Processen ?vertygar genom fyra g?nger h?gre produktivitet och kostnadsbesparingar p? 90 procent j?mf?rt med konventionell tillverkning.
Effektiv materialanvändning

M?ngden metallavfall minskar drastiskt j?mf?rt med fr?sning. 3D-framst?llningen fungerar utan st?dstrukturer eller metallpulver.

Roboten som används för 3D-metallframställningen arbetar i en lasercell som mäter 5 till 4 till 4 meter.

3D-metallframst?llning f?r framtidsbranscher: E-r?rlighet och medicinsk teknik

Precisionen i den robotstyrda laserapplikationssvetsningen h?jer den k?nda till?mpningen av metallframst?llningen till en ny niv?. Robotsystemet kan t.ex. tillverka objekt med dubbelv?ggar som komponenter med inv?ndiga kylkanaler. Tryckhuvudet med sex lasrar p? 200?Watt vardera bearbetar f?rutom det enskilda materialtrycket ?ven tv? olika metallmaterial i en tryckdel.

”N?stan alla material kan bearbetas: Rostfritt st?l, titan, verktygsst?l, nickellegeringar. V?r laserpartner Meltio arbetar f?r n?rvarande med kopparframst?llning. D?rmed kommer ?ven anv?ndningen av e-mobilitetsprojekt allt n?rmare”, f?rutsp?r Marc Steidinger.

Vd Marc Steidinger (vänster) kontrollerar med medarbetaren Lukas Nill kvaliteten på 3D-framställningen av metall.

Chefen f?r HS Automation, som ansvarar f?r projektets tekniska ledning, ser anv?ndningsomr?den framf?r allt inom reservdelstillverkning, serieutveckling och medicinsk teknik. I prototyptillverkningen drar anv?ndare nytta av den helt flexibla anpassningen av tryckparametrarna. Artificiella kn?leder av titan och andra medicinska implantat anpassas i framtiden till patienten tack vare 3D-metallframst?llning.

Utnyttja synergier: HS Automation ?r KUKA-systempartner sedan 2017

HS Automation str?var med sina ca 20 anst?llda efter att g?ra automatisering produktivt ?ven f?r andra sm? och medelstora f?retag. Rolf Steidinger ser f?retaget som partner till en effektivare och mer h?llbar milj? f?r tyska medelstora f?retag: ”N?gra av v?ra kunder har vi hj?lpt med automatiserad produktion i hela 24 ?r. Tillsammans utvecklar vi st?ndigt framtidsinriktade l?sningar.”

Som en del av KUKAs systempartnerskap, som har funnits sedan 2017, drar de b?da f?retagen nytta av varandras styrkor: direkt tillg?ng till praktiska utmaningar, branschspecifik expertis, verktyg fr?n KUKA Robotic Republic och h?g till?mpningserfarenhet. Experterna p? HS Automation designar och bygger kompletta tillverkningslinjer – fr?n maskinlastning, matning av m?tt och utsk?rning via automatiserad s?gning till skruvning eller spikning. De genomf?r ?ven enskilda projekt som punktsvetsceller. F?re idrifttagningen anv?nder HS Automation dessutom KUKA-produkter som KUKA.Sim f?r att s?kerst?lla projektets framg?ng. Experterna planerar d?rmed anl?ggningens rumsm?tt, r?relseradier och s?kerhetsomr?den i f?rv?g.