0-ról 1200-ra

Az additív gyártás óriási potenciált jelent az optimalizált és új alkatrészek előállítása terén is. A Porsche esetében, a 3D nyomtatási technológiát már számos területen alkalmazzák. Most pedig, a Porsche, a Mahle és a Trumpf közös projektjében, a ZEISS közreműködésével, sikeresen vetették be elsőként a 3D nyomtatást az erős terhelésnek kitett hajtás alkatrészeken, méghozzá a Porsche csúcskategóriás 911-es modellje, a GT2 RS nagyteljesítményű motorjaihoz készülő dugattyúk generatív gyártási folyamatai során. A Porsche projektvezetője, Frank Ickinger által vezetett egész csapat több, mint elégedett: „Ez felpörgeti a teljesítményt akár 30 lóerővel a 700 LE bi-turbo motor esetében, és magasabb hatásfokot is eredményez.” A „nyomtatott” nagyteljesítményű dugattyú projekt teljes siker. Mérföldkő az additív gyártás történetében.

A Baden-Württemberg kapcsolat: négy partner, egy cél

Ahogy a motorsportokban általában, az alkatrészek fejlesztése és gyártása csapatmunka. A projektet a Porsche vezeti. A Mahle, a projekt együttműködő partnere adja a hajtásalkatrészek fejlesztése és gyártása terén szerzett szükséges szakértelmet. A Trumpf az additív gyártási rendszer vagy közismert nevén 3D nyomtatás szakértőjeként vesz részt a projektben. A felhasznált anyagok, illetve a kész alkatrészek minőségéről és teljesítményéről pedig a ZEISS megoldásai gondoskodnak. A minőségbiztosítás a gyártási folyamat minden egyes lépésének elengedhetetlen eleme, a nyomtató portól egészen a kész alkatrészig. Ahhoz, hogy az ilyen jellegű gyártás konkrét követelményei teljesülhessenek, a ZEISS átfogó minőségbiztosítási folyamatot dolgozott ki.

Az additív gyártási folyamat

Ennek a gyártási eljárásnak az alapját a Mahle által kifejlesztett, speciális ötvözetből készült fémpor adja. A port rétegenként viszik fel és olvasztják egybe bizonyos pontokon egy Trumpf 3D fémnyomtató belsejében. 12 óra alatt 1200 réteg felvitelével alkotják meg a megmunkálatlan dugattyút. Ahhoz, hogy a 3D nyomtatású dugattyúk megfeleljenek a legmagasabb követelményeknek, átfogó minőségellenőrzés szükséges. „Különösen ennél a dugattyúanyagnál, melyet ezelőtt még nem nyomtattak, természetesen kihívást jelent a megfelelő alkatrészminőség kialakítása. A ZEISS segítségével viszont ez kifejezetten jól sikerül megoldanunk” összegezte Frank Ickinger a Porsche fejlett erőátvitel tervezési részlegétől.

Nagyteljesítményű alkatrész porból

A 3D dugattyúnyomtatáshoz használt kiinduló anyag a Mahle által kifejlesztett por. De nem minden por egyforma. A por szemcseméret-eloszlása, a szemcse alakja, kémiai összetétele, de még a porszemcsék közötti porozitás is egy-egy példa az alkatrész minőségét befolyásoló jellemzőkre. Azt a tényt, hogy a por jellemzői az ismételt felhasználásnál alkalomról-alkalomra módosulhatnak, számításba kell venni, az eltéréseket pedig a gyártási folyamathoz illeszkedő módon kell észlelni. Például, ha a por szemcseméret-eloszlása az ismételt felhasználás miatt módosul, az befolyásolhatja a felvitt porréteg minőségét, ennek eredményeként fennállhat a pórusok kialakulásának kockázata, illetve drasztikusan megnövekedhet más alkatrészek sérüléseinek esélye. A ZEISS fénymikroszkópjai, pásztázó elektronmikroszkópjai és komputertomográf berendezései elemzik a por minőségét a dugattyúgyártás előtt és után, illetve vizsgálják a kész alkatrész mikroszerkezetét a hibák vagy a jellemző tulajdonságok azonosítása céljából. A sikeres nyomtatás eredményének még utófeldolgozási lépések sokaságán kell átesnie ahhoz, hogy úgy az anyag-, mint az alkatrészjellemzők optimálisak legyenek. Az eljárás fejlesztése során, például, az alkatrész szerkezete speciálisan felszerelt pásztázó elektronmikroszkópokkal és CT-vel vizsgálhatók a kezelési folyamatok előtt és után. Az egyes gyártási lépések végső alkatrészminőségre gyakorolt hatásának elemzését egy koordináta mérőgép mellett 3D optikai szkennerrel vagy ipari komputertomográffal végzik. Ezeknek az eljárásoknak a zökkenőmentes összehangolása döntő szerepet játszik. A dugattyúkat még a nyomtatóágyon beszkennelik 3D szkennerrel. Miután kikerültek az ágyból, az egyes gyártási lépések és a belső szerkezet is vizsgálhatóvá válik komputertomográfiával, míg ezzel egyidőben a hibaelemzés is megtörténik. Végül pedig, lezajlik a végső bemérés a koordináta mérőgéppel. A ZEISS átfogó minőségbiztosítási folyamatának alapvető jellemzője, hogy képes összekötni a különböző elemzések összes adatát.

A próbapadon

Most a 3D nyomtatású dugattyúk átkerülnek a próbapadra, és a GT2 RS motorban bizonyítanak. A próbapadon végzett, 200 órás tartóssági próbaüzem keretében, az alkatrészek 24 órán át magas fordulatszámú hajtásnak, 135 órán át teljes terhelésnek és 25 órán keresztül különböző motor-fordulatszámok melletti vonóterhelésnek vannak kitéve, megállás nélkül. „Ha a 3D nyomtatással készült alkatrészek ellenállnak ilyen terhelésnek, akkor a 3D nyomtatás számos más autóalkatrész gyártásában is teret nyerhet” – meséli lelkesen Frank Ickinger. „Jóllehet mindent szimuláltunk, láthattuk, hogy a dugattyúk gond nélkül teljesítenek a próbapadon, és erre igazán büszke vagyok” – teszi hozzá Volker Schall a MAHLE International GmbH terméktervezési ágának vezetője. Végső soron, az eredmény messze nem csak a mérnököket nyűgözte le. Minden dugattyú egyetlen hiba nélkül ment át a kemény teszteken. Egyértelműen bizonyítva, hogy a minőségbiztosítási folyamat megfelelően működött.

Az additív gyártás úttörői

Az additív gyártás óriási potenciált jelent az optimalizált és új alkatrészek előállatása terén. Fejleszthetők például és még inkább környezetbaráttá tehetők a belső égésű motorok. De számos lehetőséget kínálnak ezek a gyártási módszerek az elektromobilitás terén is.

„Úttörő munkát végeztünk az additív gyártásban ezzel a projekttel” – mondja Dr. Bernhard Wiedemann a Porsche, a Mahle és a Trumpf együttműködéséről. „Az eredményként létrejött folyamat, melynek során legyártják a dugattyúkat, de ezzel egy időben a minőséget is elemzik és biztosítják a teljes gyártási folyamat során, példanélküli.”

Nagyobb tervezési szabadság, pehelykönnyű szerkezet és integrált funkcionalitás, a ZEISS minőségbiztosításával kombinálva. A Porsche projektvezetője, Frank Ickinger mögött felsorakozó teljes csapat több mint, elégedett. A „nyomtatott” nagyteljesítményű dugattyú projekt teljes siker. Mérföldkő a Porsche additív gyártási eljárásainak történetében.

Tudjon meg többet a ZEISS additív gyártás megoldásairól

ZEISS