Prelucrarea pe maşini-unelte sau/şi prelucrarea aditivă?

Masini-Unelte

de Dragos Cirtu

Prelucrarea pe maşini-unelte sau/şi prelucrarea aditivă?

În ultimii doi ani a avut loc în majoritatea țărilor industriale ale lumii o dezvoltare explozivă a cercetărilor noii tehnologii de „Prelucrare Aditivă”. O atenție deosebită a fost acordată acestui nou domeniu tehnologic de complexul de cercetare aplicativă Fraunhofer din Germania. Acesta reprezintă cea mai mare organizație de cercetare din Europa, poate și din lume. Este formată din mai mult de 80 institute de cercetare dintre care 59 în Germania, la care lucrează 17000 persoane.

Recent, zece institute Fraunhofer și trei din afara complexului au format Alianța Fraunhofer pentru Prelucrare Aditivă. Această Alianță își propune realizarea cooperării interdisciplinare care să reflecte întregul lanț de procese și proceduri care includ dezvoltarea, aplicarea și implementarea prelucrărilor aditive. Alianța Fraunhofer pentru Prelucrarea Aditivă a fost încadrată în Institutul Fraunhofer pentru Tehnologia de Producție și Automatizare (IPA), de la Stuttgart. Această dezvoltare neobișnuit de rapidă a unei astfel de tehnologii ce înlocuiește mai mult sau mai puțin prelucrările pe mașini-unelte nu putea să nu preocupe VDW, Asociația Producătorilor de Mașini-Unelte din Germania. Astfel, reprezentantul VDW, Walter Frick (W.F.), a realizat un interviu pe această temă cu Andrezj Grezsiak (A.G), cel care conduce Alianța Fraunhofer pentru Prelucrarea Aditivă la Institutul Fraunhofer. Principala intenție a acestui interviu a fost aceea de a afla care ar putea fi în viitor influența dezvoltării Prelucrării Aditive asupra domeniului prelucrărilor pe mașinile-unelte.

Mai jos redăm în traducere, textul interviului sus-menționat.

Andrezj Grezsiak - Director al Alianţei Fraunhofer pentru Prelucrare Aditivă

Walter Frick (W.F.) Ce avantaje are prelucrarea aditivă în cazul prelucrării geometriilorcomplexe?

Andrezj Grezsiak (A.G.) Avantajul caracteristic procesului de formare a straturilor, specific prelucrării aditive, este acela că poate creea și produce în 3D, cu un program CAD, orice configurație imaginabilă.  Nu există niciun fel de restricții în cazul prelucrării unor structuri transparente sau cu cavități. Nu există nicio problemă nici în cazul geometriilor complexe sau complet libere.

(W.F.) Prelucrarea aditivă a fost mai întâi rezervată domeniului prelucrării de modele și prototipuri. Unde se află în prezent aplicarea practică în cazul producției de serie?

(A.G.) Ne aflăm de abia în prima fază a începutului dezvoltărilor. Au fost create atât materiale noi, perfecționate, cât și procese mai stabile. În domenii ca cele ale implanturilor, tehnologiei dentare dar și a componentelor ușoare pentru automatizare au fost dezvoltate aplicații de succes, producția de serie mare fiind pregătită și funcționând peste tot în aceste domenii. Putem observa noi aplicații  în producția de piese de avion, unde structurile ușoare din titan sunt destinate să joace un rol deosebit de important.

(W.F.) Există vreo limită în libertatea creatoare la proiectare -  vor deveni învechite reglementările proiectării tradiționale?

(A.G.) Prelucrarea directă, cu ajutorul procedurilor aditive, datorită inexistenței unor limite de formă și de posibilități de proiectare, permite crearea unor produse optime, adaptate la cerințele clienților. Toate acestea permit micșorarea numărului de piese din subansambluri, lucru de care trebuie să țină seama proiectanții.

(W.F.) Ce domenii considerați ca fiind importante pentru prelucrarea aditivă:  tehnologia medicală, ingineria mecanică, producția de scule și matrițe sau construcția de avioane?

Toate aceste domenii prezintă interes pentru prelucrarea aditivă. Noi nu facem distincții între domenii ci între aplicații. În toate aceste domenii pot fi găsite cazuri de piese și componente care să poată fi realizate la prețuri mici prin proceduri aditive.

(W.F.) Există vreo diferență, din punctul de vedere al prelucrării aditive,  între ingineria de micro-sisteme și forjarea unor matrițe?

(A.G.) Da, fiindcă există diferențe între cele două cazuri, de proceduri inginerești și de tipuri de materiale folosite. Și în aceste cazuri se pot folosi tehnologii mult diferite. Pentru debutanții în prelucrarea aditivă este importantă mai întâi aplicația și ulterior tipul de tehnologie. Este important să nu se introducă tehnologia de prelucrare aditivă peste tot ci numai după ce s-a înțeles ce dorește clientul. Aceasta va permite intrarea procedurilor aditive și în alte domenii, așa cum este cel al biotehnologiilor.

(W.F.) Ce rol joacă în prezent prelucrarea aditivă în lanțurile proceselor automatizate?

(A.G.) Deocamdată nici unul. Deși integrarea noilor metode de prelucrare în procesele industriale prezintă opțiuni valoroase pentru viitor, din cauza faptului că mașinile sunt de tipul funcționării individuale, dar și a organizării necorespunzătoare a producției aditive,  integrarea în proces a mașinilor de prelucrare aditivă nu este prea dezvoltată. Datorită faptului că prin prelucrare aditivă piesa va fi executată la gata, în cazul în careși organizarea va fi corespunzătoare, există  posibilitatea ca piesele terminate să fie evacuate în mod continuu, în flux. Dat fiind tinerețea procedurilor aditive, lipsesc modelele ce ar putea îndruma organizarea proceselor.

(W.F.) Care este situația actuală a reproductibilității procedurilor aditive și a asigurării calității lor în producția de serie mare? Există metode credibile de simulare?

(A.G.) Reproductibilitatea procedurilor utilizate constituie un obiectiv principal al cercetărilor ce se desfășoară în prezent și va fi realizat în următorii câțiva ani. În ceea ce privește calitatea, aceasta trebuie să corespundă standardului VDI 3405, denumit,,Procesele aditive de prelucrare” (,,Additive manufacturing processes”).

Există în prezent numeroase proiecte de cercetare, inclusiv ale producătorilor de mașini ce tratează aceste subiecte.

(W.F.) Poate prelucrarea aditivă să înlocuiască integral procesele de prelucrare convențională actuale?

(A.G.) Nu, și nu este acesta scopul activităților de cercetare actuale. Modul corect de abordare al acestui subiect constă în definirea corectă a categoriilor de aplicații și înlocuirea tehnologiilor convenționale numai acolo unde prin această înlocuire cu procedurile aditive se obțin avantaje tehnice și comerciale. Cele două tipuri de tehnologii trebuie să coexiste și să se completeze una cu cealaltă pentru a obține un efect optim.

(W.F.) Deci nu există riscul ca pe termen lung prelucrarea aditivă să înlocuiască în întregime procesele convenționale actuale?

(A.G.) Niciodată nu trebuie să spui niciodată, dar eu cred că nu se va produce această înlocuire. Ambele tehnologii au avantajele lor, ce pot conduce la utilizarea lor selectivă. Există totuși anumite domenii cum e de exemplu protetica dentară unde mașinile-unelte vor fi înlocuite în următorii câțiva ani.

Marii producători de mașini-unelte arată un interes tot mai accentuat pentru prelucrarea aditivă. În fond fiecare mașină-unealtă reprezintă un sistem de prelucrare. Dacă acesta va fi realizat cu un cap de frezare sau cu laser, este o problemă de selecție.

(Traducere și adaptare - ing. Dragoș Cîrțu)

Câteva concluzii

Lucrările de cercetare actuale dar și implementările de producție de serie mică și mare au dovedit că prelucrarea aditivă este o tehnologie ce prezintă avantaje importante față de tehnologiile actuale de prelucrări cu mașini-unelte. Nu se mai folosesc scule și dispozitive scumpe, nu rămân deșeuri după prelucrări, mașinile sunt mult mai simple și mai ieftine, operatorii nu sunt de înaltă calificare, cu excepția informaticienilor, puțini la număr dar capabili să deservească mai multe mașini. Libertatea de creație este fără limite. Deocamdată procedeele de prelucrare aditivă mai suferă de ,,bolile copilăriei”, reproductibilitate nesigură și  inconstanță dimensională ce trebuiesc să fie corectate prin finisare pe mașini-unelte.

Oare înlocuirea tehnologiilor ce folosesc în număr mare mașini-unelte se poate face în timp scurt cu tehnologia prelucrărilor aditive numai dacă sunt mai economice? Credem că nu. Această înlocuire masivă de tehnologii reprezintă o adevărată revoluție. Fabricanții de mașini-unelte mici și mijlocii încetează producerea lor sau o reduc până la cantități neprofitabile. Fabricanții de scule și dispozitive, cei de aparate de măsură, de comenzi numerice și automate programabile, la fel. Dar lucrul cel mai dificil este modificarea tehnologiilor, de la utilizatorii ce folosesc mașini-unelte, ce reprezintă SISTEME tehnice și organizatorice întemeiate în ultimele două secole și intrate ,,în sângele și obișnuințele lor tehnologice”, cu noile și puțin cunoscutele proceduri aditive.

Concluzia ce se impune poate fi numai aceea că această transformare revoluționară a sistemelor tehnologiilor de prelucrare se va putea  face ...numai în timp, cu picătura!         


Dragoş Cîrţu este inginer