Nadca a 3D tisk

Po dlouhém období nejistoty Nadca vydala svoji publikaci č. 550 s názvem „Tooling Certification for Die Casting, Die components fabricated by Additive Manufacturing“.

S velkou netrpělivostí jsem ji otevřel. Očekával jsem doporučení obdobná jako jsou v publikaci Nadca 207, tedy jak správně tisknout vložky a komponenty forem pro tlakové lití, z jakých materiálů, a jak je správně zpracovat v rámci všech post-operací tak, aby bylo dosaženo maximální životnosti z hlediska tepelné únavy.  Nic ale takového v publikaci není.

Na úvod jsou zde vyjmenovány obecné výhody:

• Komponenty mohou být vyrobeny přímo, na základě dat z CAD, bez dalších přípravků nebo nástrojů, což umožňuje zkrátit výrobní časy
• Schopnost metody tisknout díly vrstvu po vrstvě dává konstruktérům velké možnosti v návrhu, především pak komfortního chlazení, klasickými metodami nevyrobitelného
• Flexibilita metody umožňuje tisknout díly s menším množstvím materiálu, nižší hmotností a současně dává možnost kombinovat několik komponent do jednoho tisku

Nicméně zůstávají i nevýhody, jako jsou:

• Vysoká cena za tisk
• Relativně pomalá výroba
• Nejisté parametry takto vytisknutého nástroje, jelikož metoda je založena principu natavování prášku nebo drátu, se všemi možnými defekty, tak jak se vyskytují o licích procesů (porosita, pohlcené plyny)
• Ne všechny aditivní procesy dávají možnost tisku téměř finálního tvaru, a jsou i metody, které vyžadují významné dokončovací obrábění
• Všechny tištěné komponenty vyžadují po tisku velké množství post-procesů, jako je tepelné zpracování, leštění, HIP nebo sintrování pro snížení porosity

I když je zde zmíněno více aditivních technologií, obecně jsou doporučeny pouze dvě metody:

PBF – Powder Bad Fusion pro tisk nových komponent

DED – Direct Energy Deposition pro opravy forem

V prvním případě PBF je konstatováno, že prášek je podstatně dražší jak kovaný materiál, a tedy materiálové náklady budou relativně vysoké. Pro tuto metodu je rovněž extrémně důležitá jakost prášku a rozložení velikosti jednotlivých zrn, a i proto každá dávka prášku by měla být validována. Metoda má rovněž rozměrové omezení, a to jak velikostí tiskové platformy, tak i zástavnou výškou. Jedná se tedy o vysoce nákladný proces, jehož přínosy musí být kompenzovány jinými ekonomickými ukazateli.

Výhodou je, že lze tisknout díly jen s minimálními přídavky, s minimálním dodatečným obráběním, a oproti jiným metodám, s velmi vysokou hustotou materiálu.

U metody DED není omezení ve velikosti dílů a rychlost tisku bude vyšší jak v předchozím případě. I proto lze tuto metodu využít pro opravy velkých tlakových forem, ve výjimečných případech i pro tisk celých komponent. Metodu lze využíti i pro tisk dvou více materiálů najednou.

Na druhou stranu povrch po tisku bude s významně vyšší drsností, a proto i obráběcí procesy po tisku budou náročnější. Horší to bude i s tiskem komfortního chlazení.

Vše je shrnuto do níže uvedené tabulky.

Ani z hlediska materiálů v publikaci č. 550 není nic nového. Obecně se konstatuje, že lze použít jak oceli typu Maraging 300 (1.2709) nebo H13. Nově je zde zmíněna u nás neznámá ocel L-40 od firmy Formetrix Metal, s chemickým složením dle tabulky.

O tom, jak tyto materiály tisknout nebo tepelně zpracovávat v publikaci není vůbec nic. Pouze se zde konstatuje, že lepším chlazením lze snížit teplotu povrchu vložek, snížit tepelnou únavu, soldering, čas cyklu nebo porozitu.  Jsou zde zmíněny i aplikace bimetalické,  na bázi oceli H13 a mědi.

Z hlediska tisku jsou zmíněny následující parametry:

• Výkon zdroje
• Rychlost paprsku
• Velikost tavící plochy
• Překrytí sousedních tavných drah
• Teplota tiskové platformy
• Velikost a tvar kovového prášku
• Tloušťka tiskové vrstvy
• Rychlost proudění plynu při tisku
• Pozice tištěné vložky na tiskové platformě
• Orientace tištěné vložky vzhledem ke směru tisku

Závěrem je konstatování, že na lepší specifikaci procesu ještě nenastal čas. I když pro tisk leteckých komponent nebo pro lékařské účely již specifikace existují, nelze je použít pro formy na tlakové lití. I proto na poslední straně je návrh certifikátu tisku, který umožní sběr dat a jejich vyhodnocování v rámci sdružení Nadca.

Část tohoto certifikátu je na obrázku:

Co je asi nejdůležitější, je konstatování, že stejně jako zařízení pro tepelné zpracování musí být validovány dle AMS 2750G, tak i tiskárna s laserovým paprskem musí být ve stavu validovaném a kalibrovaném. Musí být tedy auditovatelná. To považuji za nejvýznamnější informaci z této publikace.

A protože všechny hlavní zásady pro vlastní tepelné zpracování nebo procesy tlakového lití jsou již dnes promítnuty do AIAG CQI-9 nebo CQI-27, lze očekávat, že v dohledné době, minimálně pro automobilový průmysl, bude publikována i specifikace pro samo-auditování center 3D tisku a jejich tiskáren tak, aby bylo možno reprodukovatelně tisknout díly pro automobilový průmysl.

To ale samozřejmě neřeší vlastní aplikace a odolnost vložek proti tepelné únavě. Pouze to zajišťuje, že když jednou vytiskneme nějaký díl formy, s velkou pravděpodobností jej vytiskneme ve stejné kvalitě i příště.

25. července 2022

Jiří Stanislav