Impressão 3D de metal sem estruturas de suporte

A HS Automation, em cooperação com a KUKA, desenvolveu uma célula a laser para a fabricação aditiva de metal. O processo de solda a laser com o KR IONTEC possibilita uma fabricação econômica e conservadora do material de componentes metálicos complexos.

A KUKA Roboter revoluciona a fabricação aditiva de metais de estruturas complexas

Os desafios da indústria metalúrgica crescem: com um novo tipo de impressão 3D de metal em uma célula de automação modular, a HS Automation e a KUKA estabelecem novos padrões. A impressora 3D de metal combina robôs da família KR IONTEC com uma mesa giratória basculante, que se move de forma síncrona ao braço do robô de acordo com as especificações da peça. Seis lasers de solda na extremidade da cabeça de impressão da Meltio fundem o arame alimentado de forma precisa no material portador ou na peça resultante. O componente pronto não precisa ser retrabalhado ou apenas minimamente. Com a colaboração, os desenvolvedores de instalações atingem resíduos mínimos de material e baixos custos de fabricação com possibilidades de design quase ilimitadas. Através da tecnologia surgem ferramentas, peças e formas livres com as propriedades de material de aço inoxidável, titânio, Inconel e aço estrutural. Segundo especialistas, em breve também será possível a impressão 3D de cobre.

Isso possibilita também a impressão 3D de construções biônicas e estruturas complexas, como são usadas na construção leve e construção de protótipos. A empresa de médio porte se beneficia da rápida produção de peças de reposição e da economia de energia e material. O uso de soluções de software inovadoras como KUKA.CNC torna a tecnologia ainda mais atraente para empresas de pequeno e médio porte. Graças ao KUKA.CNC é possível executar diretamente estruturas, que anteriormente eram projetadas via software CAD ou sistema CAM – sem a necessidade de converter o arquivo CAD em KUKA Robot Language (KRL).

O prestador de serviços de automação HS Automation está localizado em Vöhringen, Baden-Württemberg, e trabalha junto com a KUKA desde 2017.

Como funciona a impressão 3D para metal com robôs KUKA?

No campo da fabricação aditiva de metal surgem inovações a cada minuto. O objetivo é produzir com eficiência de custos a partir do tamanho de lote 1, reduzir o consumo de material, mas também reduzir o tempo de retrabalho. O especialista em automação HS Automation atende estes requisitos da fabricação moderna na indústria metalúrgica com a célula de solda a laser 3D. A impressora 3D solda camada por camada em um porta-peças.

A tecnologia de fabricação aditiva se beneficia da mobilidade espacial de robôs e mesa basculante.

Ao contrário da sinterização a laser, o suporte não abaixa, mas o braço do robô move o laser de forma síncrona à mesa giratória basculante, na qual o suporte está montado. O DKP-400 V2, também desenvolvido pela KUKA, posiciona a peça de tal forma que a cabeça de impressão sempre possa soldar material novo no local certo. Assim, o objeto 3D previamente projetado cresce camada por camada. Estruturas de suporte, como são comuns na impressão 3D de metal convencional, tornam-se obsoletas – assim como a gestão de pó, que ocorre em outras impressoras 3D a laser ou na sinterização a laser de metal. Outra diferença é a dimensão das peças produzidas: aplicações convencionais têm um tamanho limitado de cerca de 50 x 50 cm. A tecnologia da HS Automation também produz peças grandes.

O laser do sistema de impressão 3D de metal aplica camadas com espessura de parede de 2 mm.

Oportunidades e possibilidades da impressão 3D de metal

O uso do robô absolutamente exato garante a precisão, que diferencia a aplicação de impressão de metal da concorrência existente. "Com a solução de robô expandimos enormemente as possibilidades da fabricação", segundo Rolf Steidinger, Diretor Executivo e Diretor Comercial da HS Automation, sobre o potencial da impressora 3D de metal. O processo soluciona, por exemplo, problemas de peças de reposição, uma vez que componentes não mais disponíveis podem ser produzidos por conta própria.

Tão logo uma peça não possa ser fabricada de forma convencional, o uso deste equipamento é indispensável.

Rolf Steidinger, Diretor Executivo da HS Automation

No caso de peças produzíveis convencionalmente, o processo convence pela redução de custos e pela produtividade quatro vezes maior. A solda por deposição a laser reduz o dispêndio de material como também o tempo de retrabalho em comparação à fresagem ou torneamento de um bloco de metal completo. O potencial de economia aqui é de até 98 por cento do material. Estes pontos fortes se destacam sobretudo na construção de ferramentas, na construção de instalações especiais ou na fabricação de protótipos. Assim são acelerados enormemente a fabricação, teste e otimização de componentes de fluxo otimizado, por exemplo, de turbinas eólicas.

O Diretor Executivo e Diretor Comercial Rolf Steidinger vê um enorme potencial na tecnologia de impressão 3D de metal.

Vantagens da fabricação aditiva para metal

A combinação inovadora de robô, mesa basculante e cabeça de impressão a laser estabelece novos padrões na impressão 3D de metal.

Máxima liberdade de design

A fabricação aditiva de metal é especialmente vantajosa quando são exigidas estruturas complexas ou objetos de parede dupla.
Microestrutura ideal

A impressora 3D de metal constrói objetos com espessura de parede de 2 mm. O equipamento também produz peças de material maciço de metal ou ligas.
Eficiência de custos e sustentável

O processo convence através de uma produtividade quatro vezes maior e 90 por cento de economia de custos em comparação com a fabricação convencional.
Utilização eficiente de material

Os resíduos de metal reduzem drasticamente em comparação com a fresagem. A impressão 3D funciona sem estruturas de suporte ou pó metálico.

O robô utilizado para a impressão 3D de metal trabalha em uma célula a laser, que mede 5 x 4 x 4 metros.

Impressão 3D de metal para ramos do futuro: Eletromobilidade e tecnologia médica

A precisão da solda por deposição a laser guiada por robô eleva a conhecida aplicação da impressão de metal a um novo patamar. O sistema de robô, por exemplo, está em condições de fabricar objetos de parede dupla, como componentes com canais de refrigeração internos. A cabeça de impressão equipada com seis lasers de 200 Watts processa, além da impressão de material individual, também dois diferentes materiais metálicos em uma peça de impressão.

"Quase qualquer material pode ser processado: aço inoxidável, titânio, aços-ferramenta, ligas de níquel. O nosso parceiro de laser, Meltio, atualmente está trabalhando para imprimir cobre. Com isso, a aplicação se aproxima também a projetos da eletromobilidade", prevê Marc Steidinger.

O Diretor Marc Steidinger (esq.) verifica a qualidade da impressão 3D de metal com o colaborador Lukas Nill.

O Diretor da HS Automation, responsável pela direção técnica do projeto, vê áreas de aplicação sobretudo na produção de peças de reposição, no desenvolvimento de séries e na tecnologia médica. Na construção de protótipos os usuários se beneficiam da adaptação totalmente flexível dos parâmetros de impressão. Articulações artificiais do joelho de titânio e outros implantes médicos serão adaptadas individualmente ao paciente, graças à impressão 3D de metal.

Explorar as sinergias: A HS Automation é parceira de sistema da KUKA desde 2017

Com cerca de 20 colaboradores, a HS Automation tem o objetivo de tornar a automação produtiva também para outras pequenas e médias empresas (PME). Rolf Steidinger vê a empresa como parceiro de uma classe média alemã mais eficiente e sustentável: "Apoiamos alguns de nossos clientes há 24 anos na produção automatizada. Juntos desenvolvemos continuamente soluções sustentáveis aos mais recentes padrões tecnológicos."

No âmbito da parceria de sistema KUKA, que existe desde 2017, as duas empresas usam, de forma orientada a soluções e rentável, respectivamente os pontos fortes da outra: acesso direto a desafios práticos, know-how específico do ramo, ferramentas da KUKA Robotic Republic e alta experiência de aplicação. Os especialistas da HS Automation concebem e constroem linhas de fabricação completas – do carregamento de máquinas, da alimentação de dimensões e recorte, passando pelo corte automatizado, até o parafusamento ou pregagem. Mas também executam projetos individuais como células de solda ponto. Antes da colocação em funcionamento, a HS Automation também usa produtos KUKA como KUKA.Sim, para assegurar o sucesso do projeto. Com isso, os peritos planejam previamente as dimensões do espaço, raios de movimento e áreas de segurança da instalação.