Mill-turn expertise verbetert precisiebewerking van microtandwielen

Amorphology, een NASA spin-off bedrijf, is een leider in de toepassing van geavanceerde materialen en fabricagetechnologieën voor de verbetering van niet-gesmeerde micro-tandwielen voor robotica en andere industriële toepassingen met behulp van "amorphe" metalen zoals bulk metaalglazen.

Deze materialen hebben geavanceerde eigenschappen vergeleken met staal, titanium en aluminium, als voorbeelden, en de brevets van het bedrijf voor diverse metalen legeringen zijn gebaseerd op het ontwikkelen van tandwielen voor ruimte en andere extreme-koude temperatuuraanwendingen.

Uitgelichte content

De s191H is een van een familie van Starrag Bumotec mill-turn bewerkingscentra gericht op precisiebewerking van vaak complexe delen in een enkele opzet. Bron: Starrag

Amorphe metalen zijn een niet-kristallijne klasse van legeringen die anders snijden en spaanvormen dan andere materialen, legt het bedrijf uit. In zijn poging een werktuigmachine te vinden die zijn micro-tandwielen kon produceren, voerde Amorphology testen uit met diverse machineleveranciers, inclusief Starrag, om de precisie, cycletijden en algemene capaciteiten van de machines te beoordelen toen ze een redelijk onbekende legering bewerkten.

"We waren gericht op het vinden van de beste machine om onze rapid prototyping, vorminzet snijden en na-bewerkingsbehoeftes te vervullen," zegt Jason Riley, Amorphology's COO. Uiteindelijk koos het bedrijf voor Starrag's Bumotec s191H mill-turn.

Na ontvangst van CAD-bestanden van de prototype micro-tandwielen en het uitvoeren van bewerkingstesten met een door Starrag ontwikkeld snijgereedschap op de werktuigmachinebouwer's locaties in Zwitserland en de Verenigde Staten, werden diverse steekproefbatches geproduceerd.

"We richten ons op hoog-precieze delen met toleranties van vaak rond de vijf micron op bepaalde afmetingen," legt Riley uit. "Het meeste van ons werk is gericht op rapid prototyping en relatief lage batchproductiehoeveelheden in de regio van honderden delen per maand.

"De Bumotec biedt de mill-turn capaciteiten die we momenteel niet hebben, evenals een hogere productiecapaciteit," voegt hij toe. "De machine supplementeert onze huidige mogelijkheden en het biedt capaciteiten die we niet hebben."

Hier zijn voorbeelden van de micro-tandwielen geproduceerd op de mill-turn. Bron: Starrag

Amorphology wijst erop dat de Bumotec s191H "een unieke waardepropositie kan bieden," door hetzij enkelstukken te bewerken of door honderden componenten in een lights-out scenario te produceren.

Naast het maken van tandwielen voor luchtvaarttoepassingen, worden Amorphology's tandwielen gebruikt in cobots, robots en medische hulpmiddelen. Bijvoorbeeld, de meeste cobots gebruiken strainwave-tandwielen — het hoofdcomponent is een flexspline, wat een complex, dunwandig deel is.

De s191H is een van een familie van Bumotec mill-turn bewerkingscentra gericht op precisiebewerking van vaak complexe delen in een enkele opzet. Met 65-mm staafcapaciteit, staafvoeder en hoogdruk (3 pk) koelstoflevering, kan de s191H bewerkingscapaciteiten bereiken tot ±2,5 micron binnen zijn X, Y en Z assenbereik van 410 bij 200 bij 400 mm dankzij lineaire aandrijvingen en hoge thermische stabiliteit.

Uitgevolgd uit Starrag's Bumotec s191 mill-turn, biedt de 191neo-versie additionele prestatiecapaciteiten inclusief 15% snellere toolwisseltijd, 12% snellere achterwerkbeweging en een hogere-koppel (175 Nm) freesspindel. Dit multitasking machineplatform met B-as spindel biedt opslag van zo veel als 90 gereedschappen in zijn automatische toolwisselsysteem. Het hier getoonde model was op IMTS 2022 te zien bij het demonstreren van de bewerking van wervelkraagjes compleet van polyetheretherketon (PEEK) polymer. Bron: PM

Daarnaast wordt de hoofspindel gecompliceerd door een subspindel die in zowel horizontale als verticale vlakken kan draaien om multitasking routines mogelijk te maken. Toolmagazijnopties strekken zich uit tot 90 pockets op een machine die snelle verplaatsingssnelheden van 50 m/min en een spindelsnelheid van 30.000 rpm (40.000 rpm is een optie) heeft die ook bijdragen aan snelle cycletijden.

Veel van Amorphology's cobot, robot en medische hulpmiddelonderdelen kunnen gegoten of geïnjecteerd worden, maar op momenten moeten deze micro-onderdelen na-bewerkt worden tot hogere toleranties. Starrag Bumotec "sloot zijn tanden" in het ontwerpen van machines voor de Zwitserse horlogerie-industrie en als resultaat zijn de machines bekwaam in het produceren van micro-grootte, hoogwaardige tandwielen. Amorphology projecteert dat de Bumotec s191H micro tandwielkasten zonder smering zal bewerken.

Het bedrijf waardeerde ook de resultaten en in discussies met Starrag over hoe beide organisaties konden samenwerken, werd overeengekomen dat Amorphology de Bumotec-machine zou tonen in zijn Pasadena, Californië, faciliteit voor klanten van beide bedrijven om te bekijken.

Op het democentrum kan de machine gezien worden bij het produceren van een verscheidenheid aan onderdelen inclusief tandwielen, vorminzets, bulk metaalglazen en traditionele metaalproductieonderdelen.

Greg Dunkley, Starrag Bumotec's vice president of precision engineering, zegt "Het vestigen van een laboratoriumomgeving om de precisie, kwaliteit en capaciteiten van de Bumotec s191H te tonen zal luchtvaart- en defensie-ingenieurs in staat stellen deze real-time bewerking te ervaren die in hun fabricageoperaties gebruikt kan worden."