Jobbat, szebbet, precízebbet – gyorsabban és olcsóbban – 3D nyomtatás a célgépgyártásban

Az innovációkat fontos ismerni: nem engedheted meg magadnak, hogy információhiány miatt veszíts időt. A Magyar Ipari Célgép Nagydíj ötletgazdájaként is, és a Chemplex ügyvezetőjeként is résen vagyok, mert a mind a munkámban (gépgyártóként és hajtástechnikai beszállítóként), mind a verseny szervezésében fontos szempont számomra az innováció ismerete és alkalmazása.  

Jóllehet, a 3D nyomtatásról sokaknak még mindig egy sorjás, kétes minőségű műanyag „söralátét” ugrik be, vagy egy furcsán eltorzult arcú pókember figura, de bizony érdemes szembesülni azzal, hogy ez már nem az a mozi. A technológia több mint 30 éve rendelkezésre áll, kiváló minőségben, és mára a legtöbb ipari szereplő számára elérhető áron bevezethető a napi feladatok megoldásához. Számos iparágban és alkalmazási területen, köztük a célgépgyártásban is remekül hasznosítható és lassan megkerülhetetlen. 

A 3D nyomtatás úttörői még 2000 előtt behozták Magyarországra a rétegről rétegre történő leképezést, ami akkor még igencsak újdonságnak számító eljárás volt. Fehér Zoltánt, a Varinex Kft. műszaki igazgatóját, a  Magyar Ipari Célgép Nagydíj 2023 kapcsán ismertem meg. Minden évben támogatják a célgépgyártókat, és elhozzák a trendeket a Gépész Szalon rendezvényre. A 3D nyomtatás elérhetőségéről és alkalmazási lehetőségeiről beszélgettünk. Gépgyártóként a leghasznosabb információkat olvashatod lentebb. 

Hol tart most a 3D nyomtatás?

Az elmúlt években jelentős fejlődésen ment keresztül és rengeteg iparág alkalmazni kezdte. Az ipari szintű 3D nyomtatás amellett, hogy megfizethető technológia lett, olyan szinten gyorsítja fel a fejlesztés és gyártás folyamatát, hogy nélküle ma már elképzelhetetlen a versenyképesség fenntartása. Az első prototípustól a felhasználóhoz kikerülő termékig hatékony gyártást biztosít, a korábbi átfutási idő töredéke alatt – mindezt felügyelet nélkül. Kevesen tudják, de a technológia ott tart, hogy már orvosi felhasználású, biokompatibilis eszközök is nyomtathatók ezzel a technikával. – meséli Zoltán.  

Mielőtt felszisszennél, Zoltán engem is megnyugtatott, hogy nem, nem fogja kiváltani az összes CNC-vel készült alkatrészt, ez nem is cél, de azt be kell látni, hogy a 3D nyomtatás önálló gyártástechnológiává vált, aminek minden CNC központ mellett helye van. Sok alkalmazásban egyszerűbb, olcsóbb, gyorsabb és a rugalmasabb geometriai lehetőségek miatt jobb megoldást kínál.

A bonyololult geometria sem okoz fejtörést 

Egyedi, összetett alkatrészeket alkalmaz az egyedi célgépgyártás, jellemzően egy-egy darabos vagy nagyon kis tételben. Ezek az elemek hagyományosan nehézkesen, időigényesen és költségesen gyárthatók le. A 3D nyomtatás lehetővé teszi ezeknek az alkatrészeknek a pontos és hatékony elkészítését, még akkor is, ha különösen bonyolult geometriával rendelkeznek. – mondja Zoltán, és felhívja a figyelmet arra, hogy ezzel a technikával lehetőség nyílik az alkatrészek optimalizált tervezésére, például a súlyuk csökkentésére anélkül, hogy az a szilárdságuk vagy a teljesítményük rovására menne. Ez hozzájárul a gépek hatékonyságának és üzemidejének javításához. A tervezéstől a mérnöki tevékenységen át a gyártási segédeszközökig, illetve a termelésig teljes termék-életciklusok fedhetőek le. 

Sorozatgyártásra is alkalmazható 

A 3D nyomtatás az ipar 4.0 egyik lényeges innovációja, ami túlmutat az egyedi alkatrészek gyártásán. A P3 és SAF technológia például már sorozatgyártásra is képes: néhány ezer, vagy akár több tízezer darabos műanyag alkatrészeket is tudunk készíteni ezekkel a berendezésekkel, a fröccsöntésnél jóval költséghatékonyabban, egy bizonyos munkapontig a darabszámot illetően. A termék geometriai komplexitása emeli ezt a darabszámot, a termék minél nagyobb mérete csökkenti. Ezt minden ügyfelünkkel közösen számoljuk ki, eurocentes pontossággal.

5-féle technológiával foglalkozunk, amelyek különböző felhasználási területtel rendelkeznek, de ami közös bennük, az a kiváló ismétlési pontosság és a széles alapanyag paletta. Az ipari FDM technológia kifejezetten gyártási eszközök és alkatrészek precíz elkészítéséhez lett tervezve. Mind a pontosságban, mind pedig az ismétlési precizitásban világszínvonalú minőséget képvisel. Gyártáshoz (végfelhasználói alkatrészek), szerszámozáshoz (jigs & fixtures és formázó termékek), valamint prototípusok létrehozásához is nagyszerűek. Kompozit szerszámok, mérőeszközök, öntőminták és pótalkatrészek… a lehetőségek szinte végtelenek.

Zoltántól megtudtam, hogy az idei év sok cégnél az automatizálásról szól, ennek megfelelően rengeteg megfogót, robotkar véget, egyedi rögzítőelemet gyárt a VARINEX, illetve gyártanak a kiszállított berendezéseikkel, így a 3D nyomtatott szerszámok és alkatrészek előnyeiről faggatam: 

Nem könnyű hagyományos technológiákkal ellenálló szerszámokat, cserealkatrészeket és szerelvényeket gyártani. A folyamat során olyan kihívásokkal kell szembenézni, mint a hosszú átfutási idő és a túlzottan magas költségek. A 3D nyomtatás, a megbízható berendezéseivel  ezeket a kihívásokat hivatott megoldani, kiküszöbölni. A hagyományos (szubtraktív) gyártási módszerek során gyakran rengeteg alapanyag megy kárba. Úgynevezett additív gyártáskor az anyag csak ott kerül felhasználásra, ahol ténylegesen szükséges, ezáltal csökkentve az anyagpazarlást – a fenntarthatóság egyik fontos pillére a technológia. 

Összehasonlítva a hagyományos megmunkálással, a végtermék manuális munka és emberi felügyelet nélkül jön létre, gyorsabban, alacsonyabb költségek mellett. 

Mi történik akkor, ha évekkel később, egy gép karbantartása során derül ki, hogy a 3D nyomtatott alkatrészek cserélendők, sok mással együtt?  

Ha van egy 3D nyomtatód, ami precíz és jó az ismétlési pontossága, akkor nyert ügyed van, mert óriási előny az, hogy a gyártás bármikor megsimételhető. Akár hónapok, vagy évek múlva csak előkeresed a CAD fájlt, és az egykor beépített elemet pótalkatrészként is le tudod gyártani. Amennyiben a pontossággal kisebb probléma van, de az ismétlési pontosság megfelelő, akkor a CAD állományokon finomítva biztosítani lehet a megfelelő gyártási minőséget. Ebben mi is tudunk segíteni. 

A mérnökök számára a garantált mechanikai tulajdonságok, a felületi minőség, illetve a bonyolult geometriák kompromisszumok nélküli gyárthatósága a legfontosabb. 

Így van! Éppen ezért jó a 3D nyomtatás egy vállalkozásnak, mert ezeket mind tudja. Alkalmazásával az elkötelezett mérnökök a célgépek tervezésével, optimalizálásával és az új ötletekkel kreatívan és hatékonyan tudnak foglalkozni, mert kéznél van a megbízható gyártástechnológia. 

Pontosan tudom, hogy nagy teljesítményű hajtóművek és villanymotorok terén a 3D fémnyomtatás rendkívül előnyös lehetőségeket kínál és még számos ipari szektorban alkalmazható ez a technológia, mert lehetővé teszi a gyors és precíz alkatrészek létrehozását. Nézzük meg, hogy milyen alapanyagokban gondolkodhatunk, mi gépgyártók! 

Szinte minden alapanyagot képesek vagyunk lefedni, kiváltani: például rugalmas gumiszerű, strapabíró szénszálas, továbbá masszív fém alkatrész, ipari szerszám, vagy szerelvény is létrehozható. Az FDM gépekhez 20+ alapanyag érhető el, melyek mind más-más tulajdonságokkal, eltérő szilárdsággal, hő- és kopásállósággal bírnak. Ami a gépgyártásnál kifejezetten érdekes, az az alapanyag, amely aprított szénszálat tartalmaz és ez kifejezetten alkalmas a fém kiváltására. 67%-kal masszívabb és 190%-kal merevebb, mint az alap-polimer, ezért olyan strapabíró elemek is készülhetnek belőle, mint például a CNC munkadarab-tartó szerelvény, robotkarvég vagy fúrósablon. De egy másik alapanyagunk remekül ellenáll a szénhidrogén alapú vegyszereknek, emiatt tökéletes akár tartós termelőüzemi szerszámokhoz, automatizált mosóállomásokon használt lokátorblokkhoz, vagy akár egyedi robotcella perselyhez.

Ezek remek lehetőségek és van helyük a gépgyártó szektorban, de engem kifejezetten érdekel, hogy mi a helyzet a fémnyomtatással.  

Viszonylag régóta foglalkozunk fémnyomtatással, de eddig igen költséges mulatságnak számított. Az idén döntöttük el, hogy elérhetővé tesszük ezt a lehetőséget kisebb gyártók számára is, elérhető áron. Konkrétan vannak olyan 3D fémnyomtatóink, amelyek már ebbe a kategóriába tartoznak. Az alapelv hasonló, de az alkatrészek, szerszámok rozsdamentes acélból állíthatók elő, 100, 200 vagy akár 400 watt teljesítménnyel. Az alumínium és a titán nem jöhet szóba, mert azok reaktív anyagok. Mondanom sem kell, hogy ez hatalmas versenyelőnyt jelenthet például egy CNC technológiát preferáló céggel szemben. 

Kérdésemre, hogy ki a célcsoport ebben a szegmensben, Zoli tökéletes választ adott: gyakorlatilag nincs olyan ipari terület, ahol egy nagy teljesítményű, gyorsan és pontosan dolgozó 3D fémnyomtatóval ne lehetne plusz értéket előállítani. A felhasználók jellemzően az autóipar, a repülőgépipar, az űrkutatás, az elektronikai- és hadiipar, valamint az egészségügy.  Ezek mind olyan területek, ahol a nagyfokú pontosság és az anyagminőség kritikus szerepet játszanak. 

Igen, de érdemes tudni azt is, hogy egyedi prototípusok is nyomtathatók, még a költséges kivitelezés megkezdése előtt. Így ha valami nem stimmel, például illeszkedési probléma van, az még idejében, előzetesen korrigálható.  

A saját bőrünkön tapasztaljuk olykor, hogy egy hajtóműves motor illesztése (csere során, már meglévő géphez) is jelenthet olyan kihívást, amikor gazdaságosabb, gyorsabb a 3D nyomtatás, mintha egy lakatos szakembert bíznánk meg a feladattal. Összességében tehát elmondható, hogy a 3D fémnyomtatás forradalmi hatással van a hajtómű- és villanymotor iparra is, mert biztosíthatja a gyors, precíz és költséghatékony alkatrészgyártást, valamint lehetőséget ad az innovációra és a tervezési változások rugalmas kezelésére. Megtudtam azt is, hogy villanymotorhoz pótalkatrészként például rotor, csapágytartó vagy fogaskerék is nyomtatható. Gyakorlatilag bármilyen kiegészítő elem, amely idővel elkophat, meghibásodhat.

Természetesen a célgépgyártás számára is kecsegtető ez a lehetőség. A megmunkált alkatrészek 3D alkatrészekkel történő helyettesítésével nyomtatási munkánként akár több ezer euró megtakarítás érhető el. Persze a tervezési változásokhoz való gyors alkalmazkodási képesség sem elhanyagolható előny. 

Még órákig elhallgattam volna Zoltánt, szerintem képtelenség tőle olyat kérdezni, amire ne adna szuper részletes és érdekfeszítő választ.

Míg a VARINEX Zrt. a 3D nyomtatás hazai szakértője, mi, a Chemplex Kft. a gépgyártás területén tevékenykedünk 20 éve.

Kellene egy megbízható villanymotor vagy hajtómű? Keverőgépre vagy teljes keverő üzemre van szükséged? Jó helyen jársz! Keress minket bizalommal.