3D-Druck: So profitiert die Druckguss-Branche

Share on facebook
Share on twitter
Share on linkedin
Share on xing
Share on whatsapp
Share on email
Share on print

3D-Druck: So profitiert die Druckguss-Branche

Share on facebook
Share on twitter
Share on linkedin
Share on xing
Share on whatsapp
Share on email
Share on print
Die Druckguss-Industrie und ihre Zulieferer setzen sich bereits seit längerer Zeit intensiv mit den Chancen und Herausforderungen des 3D-Drucks auseinander. Wo noch Potenziale für eine effizientere und kostenoptimierte Produktion liegen, zeigt dieser Bericht.
Druckguss

In allen Industrien sind die Prozesse zu einer erfolgreichen Nutzung des Selective Laser Meltings ähnlich. Unternehmen, wie SLM Solutions, stehen zunächst in der Verantwortung, der Industrie den grundlegenden Prozess verständlich zu machen. Dazu gehört es auch Vertrauen zu schaffen. Zu betonen ist, dass das Ziel nicht darin besteht, die Druckguss-Fertigung zu ersetzen. Vielmehr muss die Branche für die Zukunft stark und wettbewerbsfähig bleiben. Das funktioniert, indem Selective Laser Melting als Add-On in der Produktion eingesetzt wird.

Druckguss möglichst effizient gestalten

Die Kernfrage lautet, in welchen Produktionssegmenten der metallbasierte 3D-Druck sinnvoll und effizient eingesetzt werden kann. Die Antwort darauf ist stark abhängig vom Produkt sowie dessen Design und Funktionalität, aber auch vom jährlichen Produktionsbedarf. Fachkenntnisse über den 3D-Druck-Prozess und 3D-Druck-gerechtes Design sowie der klare Wille und entsprechende Budgets sind entscheidend, um die neue Technologie erfolgreich zu implementieren. Gerade für mittelständische Unternehmen stellt sich die Frage, mit welcher Zielvorgabe und mit welchen Ressourcen dieser Weg zu gehen ist.

Anforderungen und Chancen

Um ein additiv gefertigtes Produkt in einer hohen Qualität in Serie anbieten zu können, muss die gesamte Prozesskette aufeinander abgestimmt sein. Dazu gehören nicht nur robuste, verlässliche Maschinen, sondern es gilt, das Bauteil zunächst für den additiven Fertigungsprozess neu zu konstruieren beziehungsweise zu entwickeln, um die Vorteile optimal nutzen zu können.

Durch die Integration von konturnahen Kühlkanälen lassen sich zum Beispiel Werkzeugeinsätze mit Selective Laser Melting herstellen, die bei Druckgusswerkzeugen zu kürzeren Abkühlzeiten und somit zur Reduzierung des gesamten Herstellungsprozesses beitragen. Innere Strukturen können zudem das Bauteilgewicht reduzieren und die Stabilität erhöhen.

Nach einer erfolgreichen Fertigung folgt die ebenso wichtige Nachbearbeitung. Zunächst wird das Teil von der Bauplatte gelöst und die Supportstrukturen werden entfernt. Wenn es die Funktion des Bauteiles erfordert, kann abschließend eine partielle spanabhebende Nacharbeit oder auch Wärmebehandlung erfolgen.

Druckguss
Das Selective Laser Melting wird bereits in zahlreichen Branchen erfolgreich eingesetzt. Bild: SLM Solutions

Lohnt sich die additive Fertigung?

Je nach Einsatzgebiet kann die additive Fertigung zu zahlreichen kommerziellen und technischen Vorteilen führen, die es den Unternehmen erlauben ihre Wettbewerbsposition zu stärken. Die Druckguss-Industrie fokussiert heute insbesondere bei der Herstellung von Prototypen und Kleinserien auf das Selective Laser Melting. Insbesondere bei der Herstellung von Werkzeugen erreicht sie oft einen deutlichen Kostenvorteil, da auf teure Druckgusswerkzeuge verzichtet werden kann und dadurch auch die Entwicklungszeiten reduziert werden.

Für den Selective-Laser-Melting-Prozess sind schon heute diverse Aluminium-Legierungen wie AlSi10Mg, AlSi7Mg und AlSi9Cu3 in spezifizierter Pulverqualität erhältlich. Beachtlich ist auch, dass die Materialeigenschaften eines 3-D-gedruckten Bauteils in der Regel besser sind als die eines Druckgussteil, da eine wesentliche höhere Dichte erzeugt werden kann. Hinzu kommt, dass nicht jede für die Serienproduktion benötigte Aluminiumlegierung auch in Sandgussformen für Prototypen verwendet werden kann. Setzt man Selective Laser Melting in der Prototypenphase ein, kann hingegen bereits die Serienlegierung verwendet werden.

Additiv gefertigte Motorträger

Einige Hersteller zeigen, wie die Technologie bereits heute erfolgreich in Serie eingesetzt wird. Bugatti beispielsweise nutzt die Additive Fertigung für die Herstellung eines Motorträgers aus AlSi10Mg mit integrierten Kühlkanälen. Diese Konsole dient als aktiver Hitzeschild und wird seit Serienstart im Bugatti Chiron verbaut. In der Entwicklung befinden sich auch ein Bremssattel und eine Heckflügelmechanik, die mit topologieoptimiertem Design mittels Selective Laser Melting hergestellt werden.

Druckguss
Bugatti nutzt Selective Laser Melting bei der Herstellung von Motorenträgern mit integrierten inneren Strukturen. Bild: SLM Solutions

Druckguss: Kosteneffizienz durch Automatisierung

Der metallbasierte additive Fertigungsprozess bietet die Möglichkeit, Lean Production bei hoher Wirtschaftlichkeit und Losgröße 1 zu realisieren. Ebenso ist die Prozessautomatisierung in der gesamten Fertigungsindustrie, auch bei additiver Fertigung ein wichtiger Punkt, der die Akzeptanz der Technologie erhöhen und Kostenvorteile schaffen kann. Mit der Pulverversorgungseinheit PSV bietet SLM Solutions beispielsweise eine Lösung, die das manuelle Nachfüllen von Pulver erübrigt. Die gesamte Pulverförderung, das Sieben des Pulvers und die Lagerung erfolgen in einem geschlossenen Kreislauf unter Schutzgasatmosphäre. Das kontaktlose Pulverhandling ermöglicht ein hohes Maß an Arbeitssicherheit.

Auch das Fertigungssystem SLM 800 setzt auf Automatisierung: Eine vollautomatische Auspackstation integriert zahlreiche Funktionen. Unter bestehender Schutzgasatmosphäre werden mehrere Bauzylinder parallel gehandelt. Sowohl das Aufheizen als auch das kontrollierte Abkühlen der Bauzylinder sind Bestandteile der Auspackstation „SLM Hub“. Die inerte Pulverentfernung erfolgt durch vollautomatische Rotation und Vibration der bebauten Substratplatte. Das unbenutzte Pulver wird entfernt und anschließend in die Tanks der zentralen Pulverförderung zurückgeführt und gesiebt, so dass rund 98 Prozent des nicht aufgeschmolzenen Pulvers wiederverwendet werden können. Bis zu fünf SLM 800 lassen sich modular mit einer einzigen Auspackstation
betreiben.

Die Maschinen werden automatisch durch Vakuumtechnologie von der zentralen Pulverstation mit integrierter Siebstation versorgt. Durch solche Automatisierungen und verfahrenstechnischen Entwicklungen lässt sich die Wirtschaftlichkeit steigern.

Safety first im Druckguss

Als eine Herausforderung ist die Zertifizierung von Bauteilen und die Integration von Selective Laser Melting in bestehende Produktionslinien zu sehen. SLM Solutions unterstützt hier durch fundierte Erfahrung und intelligente Software-Lösungen. Bei Zertifizierungen werden alle qualitätsrelevanten Prozessparameter mit Hilfe einer Auswirkungsanalyse (FMEA) analysiert sowie die Werte und deren Toleranzen für hohe Funktionalität im Bauteil
ermittelt.

Druckguss
Dieser Kern einer Druckgussform von Frech enthält Kühlkanäle und verbessert so den Gießprozess. Bild: SLM Solutions

Mit Hilfe der vorhandenen Qualitätssicherungstechnologie in Selective-Laser-Melting-Maschinen werden alle relevanten Werte dargestellt und gesteuert (Monitoring & Controlling). Mit dem Melt Pool Monitoring (MPM) können beispielsweise die Vorgänge im Schmelzbad visualisiert werden. Das System erfasst die entstehende Wärmestrahlung aus der Schmelze während des gesamten Fertigungsprozesses. Die Soll- und die ausgegebene Ist-Laserleistung werden über das Laser Power Monitoring (LPM) kontinuierlich während des gesamten Fertigungsprozesses erfasst. Eine Überwachung des Pulverbetts erfolgt über das Layer Control System (LCS), das mögliche Unregelmäßigkeiten bei der Beschichtung detektiert. Diese Qualitätssicherungstools sorgen für eine fehlerarme Fertigung qualitativ hochwertiger Bauteile.

Ausblick

Das Selective Laser Melting wurde in Deutschland entwickelt und in den vergangenen 15 Jahren ist in Gesamteuropa ein großer Erfahrungsschatz herangewachsen. Daher ist die Bereitschaft die Technologie einzusetzen, verhältnismäßig groß. Es spricht vieles dafür, dass sich das selektive Laserschmelzen auch in der Druckgussindustrie durchsetzen wird – die passenden Lösungen und Systeme gibt es bereits.

Der Autor Dipl. Ing. Ralf Frohwerk ist Global Head of Business Development bei SLM Solutions.

Lesen Sie auch: After Corona – die neue Zeitrechnung für produzierende Unternehmen

Share on facebook
Facebook
Share on twitter
Twitter
Share on linkedin
LinkedIn
Share on xing
XING
Share on whatsapp
WhatsApp
Share on email
E-Mail
Share on print
Drucken

Ihre Meinung zum Artikel

Abonnieren
Benachrichtige mich bei
guest
0 Comments
Inline Feedbacks
View all comments

Andere Leser haben sich auch für die folgenden Artikel interessiert

Werbung

Redaktionsbrief

Tragen Sie sich zu unserem Redaktions-Newsletter ein, um auf dem Laufenden zu bleiben.

Wir wollen immer besser werden!

Deshalb fragen wir SIE, was Sie wollen!

Nehmen Sie an unserer Umfrage teil, und helfen Sie uns noch besser zu werden!

zur Umfrage
Werbung
Werbung

Aktuelle Ausgabe

Topthema: Industrielle RFID-Anwendungen machen Objekte „smart“

Vom Sensor bis zur Cloud

Mehr erfahren

Tragen Sie sich jetzt kostenlos und unverbindlich ein, um keinen Artikel mehr zu verpassen!

    * Jederzeit kündbar

    Entdecken Sie weitere Magazine

    Schön, dass Sie sich auch für weitere Fachmagazine unseres Verlages interessieren.

    Unsere Fachtitel beleuchten viele Aspekte der Digitalen Transformation entlang der Wertschöpfungskette und sprechen damit unterschiedliche Leserzielgruppen an.