Гибридная технология аддитивного производства совершает революцию в изготовлении высококачественных металлических деталей

Гибридный многозадачный станок, интегрированный в цепочку процессов

Компания Hoedtke GmbH and Co KG (Hoedtke) всегда позиционировала себя как инновационную компанию в отрасли — еще в начале 1970­х она начала применять лазерную обработку и сегодня успешно пользуется накопленным опытом. «Когда мы узнали про лазеры, они еще не использовались в металлообработке, — заявляет Иоахим Х. Хоедтке (Joachim H. Hoedtke), исполнительный директор. — Мы начали с технологии лазерной резки, а затем реализовали процесс лазерной сварки. Следующим этапом был аддитивный производственный процесс, при котором струя металлического порошка наплавляется в трехмерном пространстве с использованием лазера».

Сочетание аддитивного и субтрактивного (фрезерного, традиционного) производственных процессов в одном станке обеспечивает производство высокоточных функциональных деталей за одну установку

С конца 2014 года компания Hoedtke использует систему лазерной наплавки и фрезеровки Lasertec 65 3D от DMG MORI, оборудованную контроллером Siemens Sinumerik® 840D. Это многозадачный станок особого типа, в котором сочетаются аддитивный и субтрактивный процессы. В частности, в одной системе совмещены генеративная лазерная наплавка порошка (осаждение материала при помощи направленного энергетического воздействия — directed energy deposition (DED)) и одновременная 5­осевая фрезеровка. Станок является частью интегрированного процесса проектирования и управления производством с помощью CAD/CAM­систем и ЧПУ, в котором для гибридного аддитивного производства используется программное обеспечение NX™.

Краткое описание проекта

Продукты

NX, Sinumerik.

Бизнес­задачи

• Производство сложных компонентов, которые не могут быть получены обычными методами.
• Сокращение сроков подготовки и обработки.
• Сокращение сроков поставки.

Ключи к успеху

• Применение комбинированной технологии аддитивного производства.
• Использование программного обеспечения NX для комбинированного аддитивного производства.
• Применение последующей обработки и симуляции процессов для интегрированной лазерной наплавки порошка и фрезеровки.
• Оптимизация компонентов и процессов перед производством.
• Эффективное управление гибридным станком с использованием современного контроллера Sinumerik 840D.
• Реализация интегрированной цепочки процессов.

Результаты

• Производство сложных деталей с использованием аддитивного и субтрактивного производственных процессов за одну установку.
• Достижение высокой точности, необходимой для функциональных деталей.
• Сокращение сроков изготовления.
• Инновации в отрасли и лидерские позиции в производстве высококачественных деталей.

Основной вид деятельности клиента

В течение более чем 75 лет компания Hoedtke GmbH and Co KG является ориентированным на инновации поставщиком услуг в отраслях обработки металлов и лазерных технологий. Портфолио компании включает разработку и производство деталей, модулей и сложных мехатронных систем для многочисленных промышленных секторов, таких как ручное изготовление, производство и исследования.

На предприятиях компании в Пиннеберге и Киле (Германия) трудятся более 250 сотрудников, включая физиков, химиков и инженеров, а также многочисленных техников и бригадиров. Производя продукцию для своих клиентов, компания опирается на собственный опыт в сочетании с современными производственными технологиями (www.hoedtke.de).

Местонахождение клиента

г.Пиннеберг (Германия).

Программное обеспечение NX применяется для подготовки комплексного производственного процесса с применением полного цифрового двойника детали, заготовки, оснастки и станка.

Система рассчитывает траектории лазерного луча для аддитивного производства и траектории режущего инструмента для субтрактивной (фрезерной) обработки.

Аддитивный и субтрактивный процессы в одной системе (одной установке)

Создавая Lasertec 65 3D, компания DMG MORI реализовала новую лазерную технологию наплавки порошка в апробированной концепции фрезерного станка, получив гибридный станок нового поколения, пригодный для производства деталей большого размера. Данный комбинированный станок сочетает в себе преимущества аддитивного DED­процесса, такие как высокая скорость осаждения металла и возможность осаждения металла на имеющиеся компоненты, с возможностями современной высокоточной 5­осевой фрезерной обработки.

Обладая открытой архитектурой, Sinumerik 840D sl
идеально подходит для эффективного объединения различных многозадачных технологий

«Процесс лазерной наплавки порошка позволяет нам наносить большое количество материала за очень короткое время, — поясняет Ванесса Сейда (Vanessa Seyda), эксперт­технолог по аддитивному производству в компании Hoedtke. — Таким образом, мы можем производить трехмерные компоненты, применяя высокопроизводительный процесс».

«Важным преимуществом сочетания аддитивного и субтрактивного процессов обработки является то, что мы можем производить детали с помощью относительно грубого аддитивного процесса, а затем добиваться высокой точности путем фрезерной обработки, — добавляет г­н Хоедтке. — Это означает, что функциональные поверхности могут обрабатываться без снятия детали, что дает очень высокую точность».

Контроллер Sinumerik на станке Lasertec имеет открытую архитектуру в отношении как интерфейса оператора, так и диапазона реального времени и идеально подходит для эффективного использования различных технологий в многозадачных процессах, например таких, в которых на одном станке сочетается несколько производственных технологий. Одним из таких передовых многозадачных процессов является гибридная концепция компании Hoedtke, сочетающая непрерывную 5­осевую фрезерную обработку и лазерную наплавку порошка.

Преимущества гибридного станка очевидны. «В зависимости от используемого сопла с помощью процесса лазерной наплавки порошка в настоящее время можно получить наплавленную зону шириной не более трех миллиметров с черновой поверхностью», — отмечает г­жа Сейда. Для достижения точности, требуемой от функциональных поверхностей сложных компонентов, дополнительно к лазерной наплавке применяется непрерывная 5­осевая фрезерная обработка. Станок может переключаться между лазерной наплавкой порошка и фрезерными операциями, что позволяет обрабатывать участки заготовки, недоступные на детали в ее окончательной форме. Кроме того, 5­осевая кинематическая схема Lasertec 65 3D обеспечивает точное позиционирование деталей в ходе аддитивного процесса, так что возможно создание сложных форм. Так как позиционирование компонентов производится с помощью наклоняемого поворотного стола, в процессе DED можно исключить дополнительные поддерживающие структуры, которые обычно необходимы для порошковых лазерных процессов.

Интегрированная цепочка процессов CAD/CAM/ЧПУ для аддитивного и субтрактивного процессов

Для использования преимуществ гибридного производственного процесса требуются расширенные возможности проектирования и инженерного анализа. В некоторых случаях для детали, которая ранее производилась с использованием традиционного процесса обработки, применение гибридной аддитивной технологии требует полного переосмысления процесса проектирования. Для аддитивных и субтрактивных процессов важно выбирать подходящие стратегии обработки и использовать систему CAD/CAM, специально предназначенную для расчета траектории движения инструмента для гибридного оборудования.

Программное обеспечение NX с возможностями комбинированного аддитивного производства представляет собой согласованное решение для проектирования и производства, включающее функции последующей обработки и имитации для процессов лазерной наплавки порошка и фрезеровки

Программное обеспечение NX для гибридного аддитивного производства поддерживает функционал, обеспечивающий интегрированное решение — от проектирования изделия до его изготовления на станке с ЧПУ, включая разработку траектории перемещения для интегрированного процесса лазерной наплавки порошка и фрезерной обработки с последующей симуляцией этих процессов. «Очевидно, что предпочтительно работать с единым программным решением, охватывающим все этапы — от проектирования и программирования до производства, — заявляет Ванесса Сейда. — Решение NX от Siemens дало нам уникальную возможность подготавливать данные как для аддитивного, так и для субтрактивного процесса (фрезерной обработки)».

Hoedtke имеет возможность оптимизировать детали и процесс до производства, проводить топологическую оптимизацию детали, используя широкий ассортимент функций моделирования и анализа NX.

«Возможности симуляции процессов обработки очень важны, так как малейшая вибрация шпинделя или лазера может стать причиной существенного повреждения», — отмечает Стеффен Хайтманн (Steffen Heitmann), который работает в компании как с программным обеспечением NX, так и со станком Lasertec. После создания программы ЧПУ с помощью NX она напрямую загружается в станок. «Контроллер Siemens Sinumerik обращается к серверу, и как только программа последующей обработки будет готова, станок может немедленно загрузить программу», — поясняет г­н Хайтманн. Затем Sinumerik 840D осуществляет управление приводами Sinamics S120 и связанными электродвигателями для прецизионного перемещения оснастки и детали.

Все преимущества целостного решения, соответствующего отраслевому стандарту

Оставаясь лидером в отрасли, Hoedtke стала одной из первых компаний, применивших интегрированный процесс CAD/CAM/ЧПУ с помощью Lasertec 65 3D и NX для изготовления высокоточных деталей на мощном гибридном станке.