Maszyny CNC do cięcia kojarzą się przede wszystkim z obróbką metali. Są jednak technologie, które umożliwiają rozkrawanie także innego rodzaju tworzyw, m.in. kompozytów, coraz częściej wykorzystywanych w przemyśle, głównie ze względu na ich właściwości. To materiały wytrzymałe, a do tego lekkie i elastyczne. Jednak często problem stanowią ich niejednorodna struktura i skład – złożone są z dwóch lub większej liczby komponentów o różnych właściwościach mechanicznych, fizycznych i technologicznych.

Kompozyty znajdują zastosowanie w wielu obszarach przemysłu, m.in. w budownictwie, przemyśle lotniczym, kolejowym i motoryzacyjnym, medycynie czy wreszcie w produkcji części maszyn, urządzeń i sprzętu sportowego.

Technologie

Wśród technologii cięcia materiałów kompozytowych najbardziej popularnymi są: cięcie nożem, wodą, laserem i plazmą. Które z nich sprawdzają się najlepiej?

Andrzej Zając, prezes firmy Allcomp Polska, nie ma wątpliwości, że jest to cięcie nożem pionowym: – W odróżnieniu od noża krążkowego, wykorzystywanego w maszynach jednowarstwowych, nóż pionowy pozwala na dużo większą precyzję i kontrolę podczas wykroju oraz zapobiega wystąpieniu niekorzystnego efektu niedociętych i zaciętych elementów – argumentuje.

Także Bruno Giacomazzi, właściciel firmy Cutting Trading International, wskazuje na technologie bazujące na cięciu z wykorzystaniem ostrza: – W zależności od materiału możemy zastosować odpowiednie narzędzie, które podczas obróbki nie wytwarza odpadu bądź zanieczyszczeń. Ponadto w połączeniu z tzw. optymalizacją rozkroju możemy zwiększyć efektywność wykorzystania materiału, co przynosi dodatkowe korzyści – opowiada.

Przemysław Kimla, właściciel i prezes firmy Kimla, wyjaśnia: – Do cięcia tkanin i prepregów stosowane są noże oscylacyjne oraz obrotowe noże krążkowe, a do frezowania krawędzi i wycinania otworów technologicznych w utwardzonych wypraskach używa się frezarek, najczęściej pięcioosiowych. W niektórych przypadkach korzystniej jest zastosować technologię waterjet do strumieniowo-ściernego cięcia praktycznie dowolnych materiałów.

Parametry

Jakie cechy powinny mieć maszyny wykorzystywane do cięcia materiałów kompozytowych?

Jak zauważa Przemysław Kimla, kompozytami można nazwać tak wiele materiałów, że w zasadzie pytanie to dotyczy cutterów do tkanin szklanych, węglowych lub prepregów, frezarek do laminowanych materiałów warstwowych, jak np. Dibond, czy wreszcie frezarek do obróbek wykańczających gotowe wypraski po wyjęciu z foremnika, które często wymagają otworowania i wykończenia krawędzi na maszynach pięcioosiowych. – Każda z nich powinna być szybka solidna i trwała, a ponadto powinna mieć oprogramowanie umożliwiające szybkie przygotowanie i wykonanie projektu. Nie jest to takie oczywiste, ponieważ wciąż większość maszyn korzysta z G-kodu, który wymaga stosowania zewnętrznych programów CAM, co jest czasochłonne i uciążliwe. Firma Kimla opracowała system sterowania, w którym wbudowane są wszystkie moduły niezbędne do wykonania projektu, czyli CAD, CAM, Nesting i CNC – dodaje.

Andrzej Zając z Allcomp Polska podkreśla coś, co powinno być oczywiste – że maszyny wykorzystywane do cięcia materiałów kompozytowych powinny przede wszystkim być w stanie poprawnie przeciąć surowiec. – Wiele materiałów kompozytowych jest dużo twardszych od typowych materiałów tekstylnych, np. tkaniny szklane, aramidowe czy węglowe. Przydatną funkcją jest możliwość wycinania kilku warstw podczas jednego procesu, co jest szczególnie przydatne w produkcji małoseryjnej. Takie rozwiązanie znacząco podnosi efektywność procesu rozkroju – podkreśla.

Zdaniem Andrzeja Zająca maszyny używane do cięcia materiałów kompozytowych powinny pozwalać także na pozycjonowanie wielopunktowe, które umożliwia określenie położenia surowca na polu pracy, ponieważ materiały wykorzystywane w kompozytach często są bardzo mało stabilne, co wynika zarówno z ich konstrukcji (splotu), jak i właściwości fizycznych. – W konsekwencji ich równe wprowadzenie na pole pracy może być utrudnione, więc w celu uniknięcia kilkukrotnych modyfikacji maszyna powinna mieć możliwość cyfrowego wprowadzenia poprawek do ułożenia materiału. Bardzo istotne jest poprawne pozycjonowanie kształtu elementu względem tkaniny, wynikające z budowy i konstrukcji finalnego produktu – wyjaśnia. Prezes Allcomp Polska wspomina także o kamerze na głowicy, która może bardzo ułatwić wszelkie operacje związane z pozycjonowaniem.

Jak zauważa Bruno Giacomazzi, maszyny CNC do cięcia materiałów kompozytowych powinny być wyposażone wyłącznie w narzędzia z ostrzami. – Istnieje szereg narzędzi wykorzystujących ostrza, od cięcia stycznego, przez cięcie za pomocą narzędzia wibracyjnego (oscylacyjnego), aż do cięcia ultradźwiękowego, jeżeli jest wymagane. Decydując się na ich zakup, należy przede wszystkim się upewnić, że są skonstruowane przy użyciu odpowiedniej dla przemysłu technologii – wyjaśnia właściciel firmy Cutting Trading International.

Trendy

Wpływ na rozwój maszyn do cięcia kompozytów mają nie tylko powstające nowe materiały kompozytowe, ale też trendy w przemyśle obrabiarkowym.

Andrzej Zając z Allcomp Polska jako najważniejszy kierunek rozwoju wskazuje rozwijanie ich w kierunku Przemysłu 4.0: – Chodzi o tworzenie rozwiązań, które w celu optymalizacji procesu produkcyjnego nie tylko komunikują się ze sobą nawzajem, lecz również zasilają systemy klasy ERP w szereg raportów służących dalszemu zwiększaniu wydajności. Są to również rozwiązania, które sygnalizują z wyprzedzeniem możliwość wystąpienia usterki czy przestoju i tym samym umożliwiają zespołowi utrzymania ruchu przeprowadzenie stosownych prac naprawczo-konserwacyjnych. Należy również wymienić tworzenie dodatkowych, specjalistycznych funkcjonalności, np. połączenie wycinania i frezowania w obrębie jednego procesu technologicznego.

Przemysław Kimla podkreśla, że współczesny system sterowania powinien mieć przede wszystkim cechy niezbędne do przygotowana i wykonania projektu bezpośrednio na maszynie bez pomocy zewnętrznego stanowiska do tworzenia technologii. – Oczywiście wśród najnowszych trendów należy też wymienić napędy liniowe. Firma Kimla może pochwalić się tym, że jako pierwsza na świecie rozpoczęła seryjną produkcję cutterów na magnetycznych napędach liniowych – mówi.

Bruno Giacomazzi z Cutting Trading International podsumowuje: – Branża materiałów kompozytowych stale się rozwija, stąd największy rozwój maszyn do ich obróbki jest widoczny w ciągłych badaniach nad oprogramowaniem i zastosowaniem nowych narzędzi.