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Lavorazione additiva a velocità supersonica

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Il nuovo centro di lavorazione MPA 42 è potente e preciso, ma non è in vendita. Quando si tratta di produzione additiva, Hermle agisce come fornitore di servizi.

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Il nuovo centro di lavorazione MPA 42 è potente e preciso, ma non è in vendita. Quando si tratta di produzione additiva, Hermle agisce come fornitore di servizi. Hermle sa cosa vogliono i produttori di stampi - tempi di ciclo brevi e pezzi di alta qualità - e come darglielo.

Quello che succede nella nuova Hermle MPA 42 sembra inizialmente un paradosso: I pezzi grezzi lasciano l'area di lavoro della macchina da taglio con un volume di massa che non è diventato più piccolo, ma significativamente più grande. Il nome "MPA" indica come si ottiene questa prodezza: Sta per Metal-Powder-Application, un processo sviluppato e lanciato sul mercato da Hermle circa sette anni fa. La nuova generazione di macchine aumenta notevolmente la precisione e la velocità del processo di produzione generativa

La nuova MPA 42 funziona nella sede di Ottobrunn della Hermle Maschinenbau GmbH (HMG). Dal 2009, la filiale interamente controllata da Maschinenfabrik Berthold Hermle AG opera dal suo avamposto bavarese, sviluppandosi negli anni in un fornitore di servizi per la produzione additiva. L'amministratore delegato Rudolf Derntl apre le porte della cabina insonorizzata dell'MPA 42 che ospita un centro di lavorazione a 5 assi del tipo C 42 U, pesantemente modificato. Accanto al mandrino, un ugello sporge nell'area di lavoro, ma non si vede alcun dispositivo di spruzzatura del lubrificante di raffreddamento. "L'ugello de Laval accelera la polvere e la deposita direttamente sul pezzo grezzo bloccato", spiega Derntl

Il vapore surriscaldato e l'azoto combinati con la geometria dell'ugello accelerano la polvere a velocità supersonica, deformando le particelle di metallo e permettendo loro di legarsi all'impatto con il substrato. Nella sezione posteriore dell'unità, sono montati un generatore di vapore e cinque trasportatori di polvere. Tutti i materiali di applicazione e i pezzi grezzi devono avere le stesse proprietà di trazione: "Poiché il principio di applicazione è la deformazione plastica, funziona con una grande varietà di metalli. Ne consegue che anche la superficie dei semilavorati deve essere duttile", sottolinea l'amministratore delegato. Oltre agli acciai per deformazione a caldo e a freddo ad alto contenuto di carbonio, vengono utilizzati rame e Ampcoloy

Mix di materiali per gli stampi a iniezione

Il rame dissipa il calore molto più velocemente degli acciai per utensili lavorati. Per questo motivo, i materiali in cui l'acciaio è combinato con il rame hanno un vantaggio decisivo nella costruzione di stampi a iniezione: "Con la fabbricazione additiva, depositiamo il rame su quelle parti dello stampo dove non c'è spazio per i condotti di raffreddamento. Nel processo di stampaggio a iniezione, il nucleo di rame dissipa il calore verso il condotto di raffreddamento più vicino molto più velocemente dell'acciaio. Questo non solo fa risparmiare al proprietario preziosi secondi di tempo di raffreddamento, ma migliora anche la qualità della superficie delle parti in plastica", dice Derntl

I cinque assi del centro di lavorazione permettono di dirigere il getto di polvere sul pezzo quasi a qualsiasi angolo, e quindi forniscono la massima libertà di progettazione. Con questa tecnologia, i condotti di raffreddamento possono essere applicati direttamente alle superfici curve di uno spezzone. In questo modo, anche gli stampi a iniezione più grandi possono essere dotati di raffreddamento conformale senza dover costruire l'intera parte tramite la produzione additiva. L'area di lavoro del C 42 U definisce i limiti: "A seconda della loro geometria, la larghezza e la lunghezza dei pezzi per il processo additivo è limitata a 600 millimetri. Ma di solito i pezzi sono più piccoli", sottolinea Derntl. La macchina è anche ideale per la produzione di parti cilindriche o coniche come gli ugelli raffreddati della precamera. Applicando il materiale alla parte rotante, le tasche e i condotti vengono riempiti in modo efficiente e poi chiusi con l'acciaio per utensili.

Oltre a realizzare un raffreddamento efficiente, il processo MPA è adatto ad altre affascinanti applicazioni. Molti materiali vengono compattati dall'impatto in modo tale che le superfici delle parti possono essere lucidate a specchio senza problemi. Di conseguenza, HMG soddisfa le esigenze più elevate negli stampi a iniezione.

Con il processo MPA, anche elementi funzionali come fili di riscaldamento o sensori di monitoraggio della temperatura della cavità possono essere incorporati nell'acciaio o nel rame e quindi integrati nello stampo - perfetto per il controllo vario-termico della temperatura. La tecnologia MPA paga anche per altre applicazioni oltre allo stampaggio a iniezione. "Prendiamo ad esempio un ugello per la colla con elementi riscaldanti integrati: Con un sensore nello strumento, gli adesivi mantengono la loro perfetta temperatura di applicazione su tutta la larghezza dell'ugello. In questo modo è possibile realizzare un vero e proprio controllo della temperatura", spiega Rudolf Derntl.

Sapere quali combinazioni di materiali hanno senso, come implementare i condotti di raffreddamento e gli elementi funzionali con i migliori risultati, e come progettare stampi monoblocco: è qui che HMG eccelle. "Non vendiamo macchine, ma know-how", afferma l'amministratore delegato. Il team di Ottobrunn consiglia i progettisti di stampi, si basa su modelli 3D e utilizza condotti di raffreddamento, elementi funzionali o combinazioni di più materiali per ottimizzare i pezzi stampati a iniezione che saranno prodotti con questo stampo. "Stiamo cercando di ridurre i tempi di ciclo e di migliorare la qualità dei pezzi che sarebbe difficile ottenere con altre tecnologie", dice Derntl.

Software per l'applicazione e la fresatura

Gli ingegneri applicativi generano il codice per il controllo usando il loro software CAM. Definisce non solo i movimenti ma anche le quantità di polvere, le temperature e l'alternanza tra accumulo di materiale e fresatura. "Poiché nessun produttore CAD/CAM era in grado di mappare il particolare processo di alternanza - fresatura, accumulo, fresatura -, abbiamo scritto il nostro software. Come ulteriore vantaggio, ora possiamo soddisfare prontamente le richieste speciali dei clienti", dice l'amministratore delegato. Gli esperti siedono proprio accanto a noi

Una volta completati i preparativi, il cliente invia il suo grezzo a HMG. "Nel 95% dei casi utilizziamo un semilavorato preparato dal cliente sulla propria fresatrice", spiega il consulente Oliver Müller. Il pezzo arriva a Ottobrunn già con condotti di raffreddamento o tasche pre-fresate. Il team HMG controlla il pezzo grezzo per verificarne la precisione dimensionale e la conformità alle specifiche di progetto. "Le tasche devono essere prive di smussi, per esempio. Per l'applicazione della polvere, abbiamo bisogno di bordi affilati", dice Müller

Ora il calore si accende

Prima di iniziare il processo, il pezzo viene riscaldato a circa 300 gradi Celsius nella stazione di riscaldamento. Anche se il processo non comporta alcuna saldatura, richiede temperature elevate: Il substrato e la polvere metallica devono essere riscaldati per ottenere migliori proprietà di trazione. Il vapore fornisce l'energia per accelerare la polvere. Quando entrambi i componenti passano l'ugello, la polvere raggiunge la velocità supersonica di cui il processo ha bisogno. Per mantenere la temperatura costante durante la lavorazione, l'MPA 42 continua a riscaldare il pezzo fino alla rimozione dell'ultimo chip. "In questo modo, impediamo che i gradienti di temperatura causino tensioni, strappi o distorsioni", chiarisce Rudolf Derntl

L'applicazione e la rimozione del materiale si alternano durante il processo di produzione. Dopo l'applicazione della polvere, dettagli come le alette fini vengono fresate nel nuovo materiale, i condotti di raffreddamento vengono riempiti con un materiale metallico solubile in acqua e chiusi con uno strato di acciaio mediante un processo MPA. "In seguito, sciacquiamo il materiale di riempimento in un bagno d'acqua per ottenere le cavità desiderate", spiega Müller. I getti di polvere possono implementare tassi di accumulo da 200 a 400 centimetri cubici all'ora, e con il rame anche vicino a 1.000 centimetri cubici

"Con la nuova macchina, siamo aggiornati e portiamo la nostra tecnologia MPA al livello successivo. È il cuore del nostro portafoglio di servizi", dice l'amministratore delegato. Rispecchiare tutti i processi all'interno dell'azienda è una priorità per lui, dalla consulenza all'ottimizzazione, al controllo di fattibilità e all'esame del materiale fino all'ispezione finale della qualità. "Questo ci rende proattivi e protegge il nostro know-how e quello dei nostri clienti"

Hermle Maschinenbau GmbH ha sede a Ottobrunn vicino a Monaco. È un'affiliata della Maschinenfabrik Berthold Hermle AG. L'azienda si concentra sulla ricerca di base e sullo sviluppo di nuove tecnologie nel campo della produzione generativa. Da diversi anni offriamo anche ampie capacità di produzione per la produzione di pezzi di grandi dimensioni con il nostro processo brevettato MPA. Questo è un servizio esclusivo per i clienti Hermle.