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高邁特集團運用金屬 3D 列印技術,開創切割刀具新紀元

高邁特集團 (KOMET® GROUP) 採用 Renishaw 金屬積層製造技術,成功生產出全新系列的創新切割刀具。積層製造技術除了提升生產特殊刀具的速度,也能應付更複雜的形狀,無論運用在刀具的外部造形或內部的冷卻水路,皆游刃有餘。

背景

來自德國的高邁特集團是世界一流的精密切割刀具供應商,致力於機械加工產業創新已有近百年歷史。集團總部位於貝西格海姆,若包含分公司在內,目前員工人數超過 1,500 人,在約 50 個國家設有分公司。
高邁特集團在高精密度的鑽鑿、擴鑽、研磨、螺紋和製程監控等多項領域,都是全球技術領導品牌。

除了開發、製造和經銷頂尖的優質產品外,高邁特也運用自身經年累月的技術專門知識為客戶分析製造流程,連最小的細節也不放過,為客戶量身打造專屬解決方案,協助提升機械加工過程中各階段的效率。

挑戰

由於全心專注在創新和持續研發上,高邁特集團的開發人員研發出的刀具設計有時難免成本驚人,或根本無法以傳統的製造方法進行生產。

因此,早在好些年前,高邁特的硬合金工具研發經理 Reinhard Durst 博士就開始研究將積層製造技術運用在刀具生產上的可能性,並著手調查市場上有哪些可用設備。

光是能夠自由地設計刀具內部和外部的幾何結構這項優點,就足以讓我們未來的規劃離不開積層製程。積層製造讓我們能大幅提高刀具性能和生產效率,為客戶創造可觀的附加價值。

高邁特集團 (德國)

解決方案

去年,Durst 博士和 Renishaw 正式攜手合作,「因為不論從技術還是應用層面來看,Renishaw 提供的方案都著實令人信服。」這類的技術和專門知識轉移,正是 Renishaw 積層製造解決方案中心首創且不斷成長茁壯的服務網所秉持的信念。在直接購入機器前,客戶可以先向解決方案中心租用最新的 Renishaw 設備,並獨立應用在他們的專案上。Renishaw 專員會隨時待命,為客戶提供機器操作上的建議。如此一來,潛在客戶就可在專家的即時支援下,對積層製造技術有更深的瞭解,無須預先投入龐大資金,即可體驗這項技術是否可滿足他們的特殊要求。

Renishaw GmbH 積層製造服務部門經理 Ralph Mayer 解釋道:「我們的目標是打造雙贏局面。有了我們的專業支援,客戶可縮短學習歷程,並將出錯機率降至最低。只有在客戶清楚體認 Renishaw 系統確實能為他們帶來附加價值時,我們才會建議他們採購。同時,我們也會收集關於產業需求的寶貴資訊,將其運用在機器和技術的進階研發上。」

Renishaw 雷射粉體熔融成型技術

「使用積層製造技術生產的零組件,結構一致性可高達 99.9%,媲美軋延或鑄造金屬零件。」Mayer 經理說道。「然而,每個零組件都必須應用正確的製造策略。分析客戶零件所面臨的技術挑戰,與客戶一同找出最有效的解決方案,正是我們最擅長的事情。」

Renishaw 的金屬積層製造系統,是在惰性的氬氣環境中使用雷射粉體熔融成型技術。系統會先鋪上一層極薄的金屬粉末,並使用高功率摻鐿光纖雷射熔融零件預計形成的區域,接著加以冷卻使其固化成型。這道程序會不斷重複,堆疊出一層又一層的金屬粉末,每層厚度通常介於 20 到 60 μm 之間,直到零件完全成形。每層粉末的厚度越薄,代表零件的精密程度越高,零件成品的表面品質也越好。

高邁特 JEL® 螺旋銑刀。照片提供:高邁特集團

Renishaw 貢獻了許多寶貴的知識,協助我們找到生產優異刀具所需的最佳參數。積層製造技術帶給我們的設計自由度,以及和 Renishaw 的合作,能幫助我們開發更創新的刀具解決方案。

高邁特集團 (德國)

結果

高邁特和 Renishaw 攜手完成的第一個專案,即研發出新型的 PCD (聚晶金剛石) 螺旋銑刀。刀具的刀體部分是以 Renishaw 金屬積層製造系統製成,機器每次產出一層刀體,漸次加以堆疊,接著裝上 PCD 刀刃,再以螺絲旋緊裝在刀柄上。
採用 Renishaw 技術製造刀具,使以往傳統工序無法生產的幾何形狀如今都化為可能。「多虧積層技術流程,我們才能夠在刀具上加裝更多 PCD 刀刃,」Durst 博士說。

「我們改變了刀刃的排列方式,打造出更卓越的刀軸角度。相較於傳統銑刀,我們更大幅縮短了槽紋間距。改善這些項目後,使用者在使用刀具時必可更得心應手,大大提高生產效率。」舉例來說,32 mm 螺旋鑽頭的凹槽和刀刃數量已從六個增加為十個,使進給速率提升了高達 50% 以上。

此外,將冷卻水路軌跡優化可確保能透過不同水路,精準地為每片切刃提供冷卻液,同時刀體的外部設計也能可靠地從刀具表面移除切屑。

在單一底板上可一次製造多個銑刀組件。照片提供:高邁特集團

為使零組件發揮最佳性能,積層製造 (AM) 只有在必要結構位置上才會建立材料,因此可有效減少零組件的重量。和傳統製造方式相比,高邁特也能在更短的時間內將各種特殊刀具或實驗刀具交貨給客戶。

Durst 博士預測道,「光是能夠自由地設計刀具內部和外部的幾何結構這項優點,就足以讓我們未來的規劃離不開積層製程。積層製造讓我們能大幅提高刀具性能和生產效率,為客戶創造可觀的附加價值。」

Durst 博士認為和 Renishaw 合作是非常合理的決策,他並表示「對剛接觸金屬積層製造技術的公司而言,自行找出最佳雷射參數並不是件容易的事。Renishaw 貢獻了許多寶貴的知識,協助我們找到生產優異刀具所需的最佳參數。積層製造技術帶給我們的設計自由度,以及和 Renishaw 的合作,能幫助我們開發更創新的刀具解決方案。」

高邁特集團 的硬合金工具研發經理 Reinhard Durst 博士。照片提供:高邁特集團

作者:Wolfgang Klingauf
影像:高邁特集團

下載

  • 個案研究: 高邁特集團運用金屬 3D 列印技術,開創切