Аддитивное производство: Идеальный способ производства деталей, требующих дополнительной обработки

CAD/CAM-система обеспечивает идеальный переход от 3D-печати металлом к дополнительной фрезерной обработке

За последние годы аддитивная металлообработка стала активно использоваться в производстве. В частности, технология лазерного плавления металлов с синтезом на подложке позволяет создавать очень однородные структуры почти без пор с плотностью более 99,8 %. Свен Скербис, инженер аддитивного производства и директор компании Parare GmbH в г. Фрикенхаузен (Германия), объясняет преимущества технологии: «Детали, которые мы производим с использованием технологии селективного лазерного плавления, в среднем на 20–30 % более устойчивы к механическим нагрузкам, чем, например, детали, выполненные путем литья алюминия под давлением, которые могут содержать раковины».

Компания Parare GmbH, которую Свен Скербис и его партнер Матиас Бат основали в 2017 году, специализируется на промышленной 3D-печати из металла и пластмассы. Оба инженера-экономиста оценили потенциал данной технологии еще во время учебы: так как при 3D-печати используется прямой производственный процесс на основе CAD-данных, для создания детали не требуются инструменты, формы и CAM-программирование. Однако производство может занять от нескольких часов до нескольких дней в зависимости от материала и размера детали. «Чем сложнее деталь или чем больше последовательных этапов производства она требует при традиционном изготовлении, тем выгодней использовать 3D-печать, — подчеркивает Свен Скербис. — Ведь при аддитивном производстве сложность практически не влияет на затраты. Следовательно, наша технология лучше всего подходит для прототипов и небольших партий, для которых в традиционном производстве нужна дополнительная оснастка, требующая затрат времени и средств. Также 3D-печать подходит для малых партий запчастей».

«Мы давно поняли, что переход от 3D-печати к дополнительной фрезерной обработке имеет огромное значение. Это также касается используемой CAD/CAM-системы. В программе hyperMILL® от OPEN MIND мы нашли идеальное решение».

Руководитель компании Parare Свен Скербис

Взять клиента за руку

Название «Parare», которое в свободном переводе с латинского означает «взять за руку», является призывом к действию для Скербиса и Бата: «Это означает, что мы делимся нашими знаниями с клиентом и показываем ему, где имеет смысл применять 3D-печать. Мы сопровождаем клиента при проектировании, оптимизации топологии и, наконец, производим детали. Мы берем на себя дополнительную обработку и поставляем полностью готовый продукт».
В качестве порошковых материалов для селективного лазерного плавления используются классические сплавы из высококачественной стали, инструментальной стали, титана, алюминия, на никелевой основе и т. п. Так как лазер спекает слой за слоем, для деталей требуются дополнительные структуры, поддерживающие области, которые сами не держатся при изготовлении из порошка, например стенки с наклоном более 45 градусов. Эти опоры затем нужно убирать. В связи с этим для функциональных и уплотнительных панелей, посадок и резьбы требуется дополнительная фрезерная обработка, обеспечивающая необходимую точность и качество поверхности.

Важность перехода к дополнительной обработке

Поначалу компания Parare поручала этот последний этап производства готовой детали сторонним партнерам. «Опыт показал, что переход к дополнительной фрезерной обработке — это критический момент, — рассказывает Свен Скербис. — Когда тот, кто программирует или обрабатывает деталь, сам не создает исходные данные для 3D-печати, это часто затягивает процесс производства и в худшем случае приводит к ошибкам. На данном этапе брак обходится очень дорого».
DВ связи с этим в начале 2019 года директора Parare приняли решение взять на себя дополнительную обработку. Они начали искать подходящего сотрудника, производительный станок для 5-осевой обработки и подходящее программное обеспечение CAD/CAM. В результате они взяли на работу Михаэля Майера — специалиста по фрезерованию c более чем десятилетним опытом работы с различными CAD/CAM-системами. Они приобрели станок Hermle C30 U, а также CAD/CAM-систему hyperMILL® от компании OPEN MIND Technologies AG (Весслинг).
Михаэль Майер, который отвечает за программирование и фрезерную обработку, очень доволен hyperMILL® и интегрированной системой «CAD для CAM» hyperCAD®-S: «Я работаю с этим ПО уже более десяти лет и не знаю другой программы, которая могла бы сравниться с hyperMILL® при 5-осевой обработке. Кроме того, с помощью hyperCAD®-S можно легко добавить в предоставленные данные 3D-CAD геометрические тела и поверхности или исправить дефекты поверхности». Для справки: hyperCAD®-S — это интегрированная система «CAD для CAM», которую компания OPEN MIND разработала специально для программистов CAM, чтобы ускорить процесс программирования ЧПУ.

Создание готовой к печати детали в hyperCAD®-S

Как правило, компания Parare получает от клиента данные готовых деталей в формате 3D-CAD. Так как их еще нельзя использовать для 3D-печати, их переносят в hyperMILL® и обрабатывают с помощью hyperCAD®-S. Михаэль Майер проверяет поверхности, устраняет дефекты и добавляет опорные структуры, а также необходимые натяжные планки. На местах, которые затем обрабатываются дополнительно, он добавляет необходимый припуск для удобства фрезерования. Затем он снова загружает файл в проектировочную CAD-систему, откуда его можно экспортировать в формате STL и использовать в процессе SLM.
«Благодаря этой подготовительной работе я точно знаю, где находятся мои точки отсчета, — поясняет Михаэль Майер. — При необходимости можно даже добавить небольшой цилиндр как точку отсчета, которая позволяет правильно выровнить деталь в пространстве на станке. Благодаря этому заготовка будет правильно зажата на станине станка, как это было предусмотрено в CAM-программе. Это обеспечивает высокий уровень надежности в процессе фрезерования».

Подходящая пятиосевая стратегия для всех случаев применения

Высокая оценка Михаэля Майера связана не только с CAD-компонентом в hyperMILL®, но и с самим процессом программирования CAM. Структуры, созданные с помощью 3D-печати, часто бывают очень сложными и требуют пятиосевой обработки. «Именно в этом заключается огромное преимущество hyperMILL®. При пятиосевом фрезеровании можно использовать многочисленные стратегии установки, благодаря чему возможно подобрать подходящее решение для любой геометрии, любого материала и любой кинематики станка, — подтверждает директор по производству. — Например, инконель всегда обрабатывается радиально, что отчасти возможно только с помощью пятиосевой обработки. При обработке торцов фрезы очень быстро изнашиваются. При текущем производстве мы значительно экономим расходы на инструмент, так как всегда используем пятиосевую вальцовку. Такие циклы обработки, например пятиосевая вальцовка или пятиосевая дополнительная обработка, отлично разработаны в hyperMILL®».
Система hyperCAD®-S также играет важную роль в этом проекте, так как компания Parare хотела печатать детали со сложной геометрией без дополнительных натяжных планок. Михаэль Майер использовал функцию логического вычитания, чтобы сгенерировать для дополнительной обработки отрицательные структуры, где должна размещаться деталь. Его вывод: «Все работает просто отлично».

Быстрое программирование благодаря технологии фитчеров и макросов

«Что мне особенно нравится в hyperMILL®, так это программирование макросов», — рассказывает Михаэль Майер. Благодаря технологии фитчеров и макросов и связанным с ней базам данных процессов и макросов, hyperMILL® обеспечивает надежную основу для автоматизации программирования. «Это позволяет сэкономить много времени уже на этапе программирования, — добавляет директор компании Скербис. — Кстати, это касается не только дополнительной обработки, но и других сложных деталей для фрезерования, которые все чаще у нас заказывают».
Работая с фитчерами и макросами, пользователь подбирает инструменты, которые по опыту оптимально подходят для соответствующей обработки. Таким образом, для Михаэля Майера актуальная база данных инструментов — это основа эффективного программирования и надежного технологического процесса фрезерования: «В нашей повседневной работе — сегодня одна деталь, завтра другая — мне нужна надежная база данных. Ее и предлагает hyperMILL®».
Также надежным должен быть станок, на котором компания Parare выполняет чистовую и черновую обработку. «Hermle C30 U полностью соответствует нашим ожиданиям, — подтверждает Майер. — Его можно гибко настраивать, он очень точный и устойчивый, что важно для черновой обработки». Помимо прочего, для программирования подготовительных работ Михаэль Майер использует модуль черновой обработки из пакета повышения производительности hyperMILL® MAXX Machining, который включает решения для высокоскоростного фрезерования (HPC) по спиральным и трохоидальным траекториям движения инструментов. Этот пакет позволяет получать оптимальные траектории фрезерования, а также обеспечивает максимальную выемку материала и кратчайшее время изготовления. Михаэль Майер с удовольствием замечает: «Приятно наблюдать за станком в процессе фрезерования».

www.parare.de


Galerie