2. CAD/CAM, productieprocessen Een reeks standen toont het onderzoek dat verricht wordt in het domein van productiemethodes voor mechanische componenten (bvb. componenten die een wagen samenstellen: motorblok, dashboard, tandwielen van versnellingsbak, enz.). De productiemachines die getoond worden zijn computergestuurd. Hierdoor zijn de machines zeer veelzijdig en kunnen ze ingezet worden voor de aanmaak van allerlei soorten vormen. Het bewerkingsprogramma wordt gegenereerd op een desktop of laptop en via een netwerkverbinding naar de machinecomputer gestuurd. Het programma dat op de desktopcomputer draait is een CAD/CAM systeem dat toelaat om een werkstuk te tekenen (CAD = Computer Aided Design) en op basis van dit model wordt het programma voor de machine aangemaakt (CAM = Computer Aided Manufacturing).
Rapid prototyping en rapid manufacturing ‘Rapid Prototyping’ (RP) en ‘Rapid Manufacturing’ (RM) zijn nieuwe productietechnieken waarbij prototypes of producten aangemaakt worden door geleidelijk materiaal toe te voegen (bij traditionele productietechnieken neemt men meestal progressief materiaal weg). Het toevoegen van materiaal gebeurt laag na laag. Het onderzoek richt zich vooral naar het Selectief Laser Sinteren (SLS) en Selectief Laser Smelten (SLM). Bij het Selectief Laser Sinteren worden voorwerpen geproduceerd door opeenvolgende lagen kunststof- of metaalpoeder te deponeren en uit te harden door de poederdeeltjes aan elkaar te sinteren. Op de tafel ziet u enkele realisaties: beeldjes van een schaakspel in nylon, een spuitgietmatrijs in staal voor het spuiten van een connectorbehuizing. Bij het Selectief Laser Smelten is het de bedoeling om stukken met hoge densiteit te produceren in velerlei materialen (staal, aluminium, titaan, …). Via deze techniek kunnen functionele componenten gemaakt worden welke toepassingen vinden in allerhande sectoren (matrijzenbouw, medische sector, …). Het onderzoek gebeurt in nauwe relatie met de spin-off bedrijven Materialise en LayerWise.
Metaalcomponent met interne Heupimplantaat Scaffoldstructuur holtes Onderdelen aangemaakt via Selectief Laser Smelten
Vonkerosie ‘Vonkerosie’ of ‘Electrical discharge machining’ (EDM) zijn productietechnieken waarbij de hitte van elektrische vonken gebruikt wordt om werkstukmateriaal weg te smelten. In tegenstelling tot het wegsnijden van materiaal (bvb. frezen of zagen) vereist het wegsmelten geen mechanische krachten en kunnen geharde stukken en harde materiaalsoorten zoals elektrisch geleidend keramiek ook bewerkt worden. Drie technieken worden gedemonstreerd: Bij draadvonkerosie gebruikt men een constant vernieuwde draadelektrode om een computergestuurde geometrie uit een blok materiaal te snijden zoals een figuurzaag een stuk uitzaagt. Door de mogelijkheid complexe bewegingen te programmeren kunnen 3D stukken vervaardigd worden zolang dit omloopslichamen (regeloppervlakken) zijn. Anders dan bij draadvonkerosie wordt bij zinkvonkerosie een massieve elektrode gebruikt die afgebeeld wordt in het te bewerken stuk. Hierdoor ontstaat een holte in het werkstuk die bijvoorbeeld kan gebruikt worden als spuitgietvorm voor het vervaardigen van kunststofonderdelen. Het vonkfrezen kan net zoals het zinkvonken caviteiten in een blok materiaal vervaardigen. Waar voor zinkvonken echter complexe elektrodes nodig zijn wordt bij vonkfrezen een standaard buisvormige elektrode gebruikt. De caviteit ontstaat door de buisvormige elektrode een voorgeprogrammeerd pad te laten uitvoeren. Het onderzoek heeft aangetoond dat keramische onderdelen snel en efficiënt via vonkfrezen kunnen bewerkt worden. Het vonkfrezen vindt vandaag ook zijn toepassingen in de vervaardiging van kleine onderdelen (micro-EDM). Het onderzoek hierop wordt meer in detail toegelicht in de onderzoeksstand “Fijnmechanica en meettechniek”.
Vonkfrezen
Aanmaak van keramische onderdelen door vonkerosie
Persen van lichtgewichtproducten De grote HACO machine is een “diepduwpers” speciaal omgebouwd om composietplaten in vorm te brengen door die voor te verwarmen en in een matrijs te persen. Op basis hiervan kunnen allerhande producten (bv. spatborden voor motorfietsen, …) op een snelle en economische manier vervaardigd worden.
Verspanende bewerkingen (frezen, slijpen, draaien) Het laboratorium bevat een gevarieerd gamma aan computergestuurde bewerkingsmachines voor het draaien, frezen en slijpen. Met het multi-assig
bewerkingscentrum (SAUER Ultrasonic) kunnen zowel frees als slijpbewerkingen uitgevoerd worden. Het slijpen wordt al dan niet ondersteund door een ultrasone beweging van het gereedschap. Bij het ultrasoon ondersteund slijpen trilt het gereedschap op een ultrasone frequentie (15…25kHz, amplitudo: 3…25μm). Door deze ultrasone trilling kunnen op een efficiënte manier keramische onderdelen bewerkt worden. Toepassingen situeren zich in de aanmaak van keramische onderdelen voor de matrijzenbouw, automobielindustrie, medische sector (bv. implantaten) en algemene machinebouw. Met ditzelfde bewerkingscentrum kunnen dus ook freesbewerkingen uitgevoerd worden. Deze bewerkingen kunnen eveneens uitgevoerd worden op de multi-assige freesmachine (MAHO). Het onderzoek op het gebied van multi-assig frezen situeert zich vooral op de ontwikkeling van CAD/CAM functionaliteit om complexe vormen (bv. een impeller) sneller en nauwkeuriger te bewerken. Net zoals bij vonkerosie wordt het multi-assig frezen ingezet voor de vervaardiging van micro-onderdelen. Meer informatie vindt u ook op de onderzoeksstand “Fijnmechanica en meettechniek”. Met het 4-assig draaifreescentrum (Mori Seiki) kunnen complex gevormde rotatiesymmetrische werkstukken vervaardigd worden. Naast een draaibewerking kan deze machine, met zijn roterende gereedschappen, ook freesbewerkingen uitvoeren en niet-axisymmetrische details aan een draaistuk toevoegen.
Slijpgereedschap gemonteerd op een gereedschapshouder welk trilt op ultrasone frequentie
Multi-assig frezen van een impeller
Plaatbewerking Aan het departement worden verscheidene technieken bestudeerd plaatbewerking. Deze onderzoeksactiviteiten zijn terug te vinden op 2 locaties: Lokaal kleine werkplaats PMA
voor
Principe van Incrementeel Omvormen
(Uni-dent N.V) Fabricage van Titaanplaat voor schedeldakreconstructie
Bij een eerste proces wordt met behulp van een 4-assige computergestuurde bewerkingsmachine op een stapsgewijze en progressieve manier dunne plaat omgevormd (= Incrementeel omvormen). Daarbij beweegt een drukstift of drukgereedschap op gelijkaardige wijze als een frees bij het frezen, maar het gereedschap heeft geen snijtanden. Op die manier kunnen op een snelle manier, zonder te moeten beschikken over een vormmal of matrijs, prototype plaatonderdelen (bv. een onderdeel van een carrosserie van een wagen) of functionele plaatstukken (bv: Titaanplaat voor schedeldakreconstructie) aangemaakt worden. Lokaal Sirris Voor de aanmaak van grotere plaatonderdelen via incrementeel omvormen kan een robot gebruikt worden, i.p.v. een freesmachine. Hiervoor werd een robotcel ontwikkeld. Om het lokaal vervormen van het plaatonderdeel te vergemakkelijken en beter te beheersen wordt de plaat lokaal verwarmd via een laserstraal. Deze straal beweegt synchroon (de achterkant van de plaat wordt bestraald) met de beweging van het drukstift-gereedschap. Met het lasersnijden kan op een contactloze manier plaatmateriaal (staal, aluminium, ...) gesneden worden. Het vermogen van deze 3-assige machine is 4 kW en de maximale snelheid is 100 m/min. Het onderzoek in verband met lasersnijden omvat het bewaken (monitoring) en adaptief bijsturen van het snijden van dikke platen.
Met een buigpers kunnen plaatstukken (eventueel uitgesneden met de lasersnijmachine) gebogen worden tot de gewenste vorm. Stukken tot 2,5 meter kunnen gebogen worden, waarbij de maximaal uitoefenbare kracht tot 50 ton kan bedragen. De buigpersmachine is eveneens computergestuurd en kan gebruikt worden voor het vrijbuigen en het matrijsbuigen (weliswaar enkel voor kortere stukken).
