Concept Laser Stato dell arte e prospettive future della fusione laser selettiva dei metalli

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1 Rappresentanze macchine utensili Tecnologie per lavorazioni meccaniche Concept Laser Stato dell arte e prospettive future della fusione laser selettiva dei metalli

2 LaserCUSING : la fusione laser selettiva Concept Laser Seite 2 Hofmann Innovation Group

3 LaserCUSING : il gruppo Sviluppo Prototipi Industriali Costruzione stampi Costruzione parti Assistenza training centre Seite 3 Hofmann Innovation Group Fatturato Mio. EUR 7 locations Più di 500 dipendenti Più di 50 anni di esperienza nello stampo iniezione plastica

4 LaserCUSING : la storia LaserCUSING Sviluppo del processo LaserCUSING Fondazione Fondazione della Concept Laser GmbH Raffreddamenti Paralleli e di Superficie Sviliuppato e brevettato dalla Werkzeugbau Siegfried Hofmann GmbH Numero Brevetto: DE Seite 4 Hofmann Innovation Group Stochastic exposure Sviluppo dell unica strategia di esposizione per ridurre gli stress del componente. Brevettata da Concept Laser Numero Brevetto: DE EP ( ) Costruzione in Stile Ibrido Sviluppo del metodo di costruzione ibrido per la produzione di inserti stampi in maniera più economica. Brevettato da Concept Laser Numero Brevetto: EP ( ) US 11/028,428(7,261,550)

5 LaserCUSING : la storia Lavorazione di polveri metalliche reattive Macchina costruita seconda le Linee Guida ATEX Lancio del prodotto M2 cusing QM meltpool e macchina Mlab cusing Integrazione del monitoraggio del bacino di fusione & sviluppo della macchina piccola Mlab cusing XLine 1000R Presentazione della più grande macchina al mondo per fusione laser selettiva. Campo di lavoro di 630 x 400 x 500 mm Sistema Gestione Qualità Integrazione del sistema QM per monitorare il processo di costruzione QM coating Sviluppo del sistema QM coating per monitorare e controllare il processo di stesura polveri Seite 5 Hofmann Innovation Group

6 LaserCUSING : la fusione laser selettiva Concept Laser La Tecnologia LaserCUSING 1 st step Il termine LaserCUSING, è composto dalla lettera C di CONCEPT LASER e dalla parola FUSING (fusione completa) LaserCUSING lavora con polveri metalliche fini fuse localmente da un laser in fibra 2 nd step I componenti sono costruiti strato dopo strato (Spessore strato µm) 1. step: Carica polvere nel sistema di coating 2. step: Abbassamento del piano di costruzione e stesura strato di polvere 3 rd step 3. step: fusione della sezione del componente in esame Seite 6 Hofmann Innovation Group

7 LaserCUSING : Macchine e materiali Software: Materialise, 3Shape, Marcam, LCM + Macchine: Mlab cusing, M1 cusing, M2 cusing, Xline 1000R,. Laser: In fibra, Potenze dai 100w al Kw Sistemi QM : Disponibili per il controllo del bacino di fusione, stesura polveri, documentazione atmosfera, polvere e temperatura Materiali: Controllo della dimensione, composizione e distribuzione granulometrica attraverso un laboratorio esterno Accessori: Forni per trattamenti termici, stazioni di setacciatura materiali Seite 7 Hofmann Innovation Group

8 LaserCUSING : Macchine e materiali DENSITA DEI COMPONENTI PROSSIMA AL 100% Leghe di Alluminio Titanio puro e leghe Microsection: CL 20ES Cromo-Cobalto Acciai Inox Acciaio per stampi Acciaio per stampi inossidabile Superleghe al Nichel Leghe Preziose e Bronzo. altri materiali in via di messa a punto Seite 8 Hofmann Innovation Group Microsection: CL 30AL

9 LaserCUSING : campi di applicazione Medicale Dentale Stampi Orafo Aerospazio Automotive Seite 9 Hofmann Innovation Group

10 Applicazioni Aeronautica Aircraft: Eurofighter Typhoon Location: Auxiliary oxygen supply system Cliente : DAe Systems GmbH/Hofmann Innovation Group Unità: appr. 100 per anno Requisiti del componente: Resistenza operativa a 200 bar senza trafilamenti Resistenza a pressione di scoppio di 400 bar Progettazione e realizzazione della parte di gomito tradizionali: alloggiamento (lavorato a macchina) parte di condotto (saldato) gomito (lavorato a macchina) parte di condotto (saldato) con igaggio filettato Problemi di qualità e trafilamento Seite 10 Hofmann Innovation Group

11 Applicazioni Aeronautica Migliorato il Design del gomito: Modifica in un componente unico per il processo LaserCUSING, nessun assemblaggio richiesto Canale interno modificato con un raggio morbido per consentire un flusso laminare Materiale: CL20, acciaio inox / 316L Orientamento dell componente sul piano di lavoro Applicazione supporti Batch di produzione: 13 componenti per lotto + uno di test Seite 11 Hofmann Innovation Group

12 Applicazioni Aeronautica Risparmio in peso 140 g 42 % Quelle TU Hamburg Harburg Quelle TU Hamburg Harburg Braccetto convenzionale in Alluminio 332 g Braccetto in Titanio LaserCUSING CL 41TI Eli (TiAl6V4 ELI) 192 g 16 braccetti per ac riduzione di peso per ac g Seite 12 Hofmann Innovation Group

13 Applicazioni Aeronautica Risparmio in peso 376 g 33 % Quelle TU Hamburg Harburg Quelle TU Hamburg Harburg Braccetto convenzionale in Alluminio g Braccetto in Titanio LaserCUSING CL 41TI Eli (TiAl6V4 ELI) 765 g 15 braccetti per ac riduzione di peso per ac g Seite 13 Hofmann Innovation Group

14 Applicazioni Stampi Bussole di Iniezione Prodotto stampato: Tappi settore Alimentare Numero di cavità: 10 Materiale: Numero di stampi realizzati: 2 Battute al 31/12/2009: OBBIETTIVI RAGGIUNTI.Riduzione del tempo ciclo del 40%.aumento delle qualità estetiche Seite 14 Hofmann Innovation Group

15 Applicazioni Stampi Bussole di Iniezione TRADIZIONALE CONFORMATO TEMPO CICLO: 18 SECONDI TEMPO CICLO: 11 SECONDI RIDUZIONE SUL CICLO - 40% Seite 15 Hofmann Innovation Group

16 Applicazioni Stampi Particolare Tecnico Prodotto : Ruota per Pattini Cavità: 2 Materiale: Stampi: 1 Dimensioni: Ø 62 x 86 mm OBBIETTIVI RAGGIUNTI. Riduzione del tempo ciclo. Miglioramento rispetto a Mold Max e CU-BE Seite 16 Hofmann Innovation Group

17 Applicazioni Stampi Particolare Tecnico FONTANE SU MOLD MAX CONFORMATO SU SLM CONFRONTO TECNOLOGICO Seite 17 Hofmann Innovation Group

18 LaserCUSING : applicazione dentale Seite 18 Hofmann Innovation Group

19 LaserCUSING : applicazione medicale Seite 19 Hofmann Innovation Group

20 LaserCUSING : applicazione medicale Seite 20 Hofmann Innovation Group

21 LaserCUSING : applicazione orafa Source: Legor s.r.l. Design Beatriz Biagi Seite 21 Hofmann Innovation Group

22 Sistemi QM Monitoraggio di Processo con QM meltpool Laser Zona di osservazione approx. 1 x 1 mm² Scanner Emissioni del bacino di fusione Telecamera a Foto Diodi Strumento di analisi QM rt -Modul meltpool Setup brevettato insieme All università di KU Leuven Bacino di fusione Licenza esclulsiva per Concept Laser

23 Sistemi QM QM meltpool Controllo Real time Monitoraggio continuo richiede minimo di 1 frame per 150 µm Il tasso di campionamento per il fascio laser con velocità di mm/s fps Minima memoria per un immagine di taglia 200 x 200 Pixels per frame: 39 KByte (8 bit in scala di grigio) fps generano un flusso di dati di 520 MByte/s L analisi dei segnali di processo deve essere fatta in tempo reale L analisi in tempo reale non è possibile con sistemi convenzionali 150 µm Seite 23 Hofmann Innovation Group

24 Sistemi QM QM meltpool Influenza delle variabili Le caratteristiche del bacino di fusione sono determinate da: Intensità della radiazione laser nel letto di polvere: Polvere, velocità di scansione Gas di processo: Composizione, comportamento del flusso di gas Letto di polvere: Materiali (proprietà), spessore degli strati Seite 24 Hofmann Innovation Group

25 Sistemi QM Qm meltpool Esempio di segnale di un foto diodo Costruzione di una corona Dentale con differenti set Di parametri laser per potenza e velocità Parte interna Contorno Supporti Seite 25 Hofmann Innovation Group

26 Sistemi QM QM meltpool Idea di mapping I t x y z time-dependent 2D 3D Vantaggi: Valutazione trasparente Deviazioni locali del processo possono essere facilmente identificate possibilità di costruire oggetti di misura trdimensionali sovrapponendo singole mappe strato su strato Possibile comparazione diretta con la geometria 3D (CAD, CAM,...) Seite 26 Hofmann Innovation Group

27 Sistemi QM : QM meltpool Baujob: Füllstutzen Teil: 30 Part no. 30 Part no. 1 Part no. 30: OK. Baujob: Füllstutzen Teil: 1 Seite 27 Hofmann Innovation Group Part no. 1: NOT OK.

28 Sistemi QM : QM meltpool Baujob: Füllstutzen Teil: 1 Seite 28 Hofmann Innovation Group

29 Xline 1000R Seite 29 Hofmann Innovation Group

30 Xline 1000R Specifiche principali Camera di lavoro di 630 x 400 x 500 mm Spot del laser variabili in Tempo Reale Potenza Laser 1kW Sistema di raccolta e setacciatura polveri completamente automatico Testa di scansione mobile Piattaforma riscaldata Due camere di costruzione rotanti per operatività continua. Seite 30 Hofmann Innovation Group

31 Conclusioni e Prospettive Tecnologia giovane con alto potenziale: La camera di costruzione può essere scalata per volumi maggiori La velocità di costruzione crescerà grazie alla disponibilità di performance laser maggiori nell ordine del multi KW. Perciò il costo per componente diminuirà significativamente nei prossimi anni Un numero maggiore di materiali saranno disponibili per il processo LaserCUSING, così come la maggioranza delle leghe metalliche saldabili. Seite 31 Hofmann Innovation Group

32 Conclusioni e Prospettive Esempio: 12 braccetti per lotto Velocità di costruzione 2010: 5,4 cm 3 /h in Titanio Velocità di costruzione 2011: 9,76 cm 3 /h in Titanio Produktion time per lot I processi in ricerca e sviluppo lavorano già con rate costruttivi di 50 cm 3 /h in Alluminio Built rate [cm^3/h] Source: TUHH Seite 32 Hofmann Innovation Group

33 Grazie per l attenzione!! Alessandro Zito Sales Manager Italia Ridix Spa Via Indipendenza 9/f Grugliasco (T0) Seite 33 Hofmann Innovation Group

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