Bewährte und verbesserte Systeme holen auf

Von Chefreporter Wolfgang Filì

Ob er denn auch Erfahrung mit Rapid Tooling- und Prototyping-Hardware habe, wurde ein Formenbauer auf seinem Euromold-Stand gefragt. „Auf jeden Fall“, war eher knapp die Antwort. „Mit High Speed fräsen wir schon lange.“ Und das kam nicht einmal nassforsch daher: HSC und die Hartbearbeitung, neue Kinematiken und jüngst auch Verfahren wie das Laserfräsen und -gravieren sorgen dafür, dass der frühere Image-Vorsprung der generativen Techniken schmilzt. Der Grund dafür leuchtet ein: Die Maße und Massen abtragend gefertigter Prototypen entsprechen 100 % dem Zielstoff, die Formen dem Serientool, und auch die Durchlaufzeiten nähern sich immer mehr an.

So zeigt der Wasserburger Steuerungsspezialist Andron GmbH anhand einer parallelkinematischen Fräsmaschine, dass auch die Werte angesehener Fabrikate sich durchaus toppen lassen. „Die Metromex ist um über die Hälfte schneller als klassische Fünfachs-Maschinen und könnte Rapid Prototyping und Tooling-Systemen durchaus Konkurrenz machen“, erklärt Dr. Michael Schwaar vom Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik. Die Chemnitzer hatten den Hexapoden im Andron-Auftrag gebaut. Mit 40 000 min-1 an der 1 kW starken Hauptspindel und fünf blitzschnell beschleunigten Achsen fräst die Maschine auch komplizierteste Hinterschneidungen. Voraussetzung ist lediglich, dass die Werkstücke nicht größer als der 200 mm x 200 mm x 200 mm weite Arbeitsraum sind. Hier liegt die Hauptrestriktion. In der Kombination rotatorischer, wenig ausholender Bewegung mit schnellen, linearen Fahrten sieht Schwaar auch die Chancen der neuen Kinematiken.

Und genau hier ist die schwedische Neos Robotics AB, Täby, schon ein Stück weiter: Ihr fünfachsiges Bearbeitungszentrum Tricept ist ein solches Hybrid und bewegt den Bearbeitungskopf – er ist mit einer zweiachsigen Spindel ausgerüstet – nach dem Tripod-Konzept über drei Linearachsen. Bei 2 g Beschleunigung erreicht er eine Bahngeschwindigkeit von 90m/min. Neos kombiniert seine Tripoden bereits seit Mitte der 90er Jahre mit seriellen Kinematiken und hat über 100 dieser Systeme verschiedenster Größe verkauft.

Aber auch rein kartesische Zerspanungsmaschinen machen Rapid Prototyping den Markt streitig. Ihre 10080G etwa hat die Barchfelder Körner GmbH ausdrücklich für die Fertigung schneller Modelle und Formen bis 800 mm x 1000 mm x 600 mm entwickelt. Alle Bewegungen der im Standard drei- sowie in höchster Ausbaustufe fünfachsigen Maschine liegen ausschließlich im Werkzeug. Angetrieben mit maximal 8 kW Spindelleistung, dreht dies bis zu 40 000 min-1. Stefan Eisenschmidt, Verkaufsleiter bei Körner, sieht ihren Platz in der Fertigung von Prototyp- und Vorserien-Formen. Vor allem im Spritzguss reichten Aluminiumformen für die ersten ein- bis zweitausend Teile in der Regel aus. Entscheidend für die Entwicklung der HSC 10080G sei daher nicht gewesen, ob sie hartzerspanen könne, sondern ihr Preis, das Bearbeitungstempo und nicht zuletzt die Präzision. Hier nämlich sei man den generativen Verfahren immer noch voraus. In der Standardversion kostet die Körner-Maschine rund 300 000 DM.

Rainer Jung, Geschäftsführer des Neunkirchener HSC-Maschinenbauers OPS GmbH, kann sich darüber hinaus die Integration ergänzender Fertigungsverfahren vorstellen. So könne eine Kombination aus Fräsen und Laserabtragen das Senkerodieren von Formen künftig möglicherweise entbehrlich machen. OPS stellte auf der Messe ein dreiachsiges, ähnlich der Hermle’schen Erfolgsbaureihe C als Gantry aufgebautes Zentrum mit 14 kW Spindelleistung, bis zu 42 000 min-1 Touren und 800 mm x 600 mm x 400 mm Arbeitsraum vor. Die Maschine ist ausgelegt für das Leichtzerspanen von Stahl inklusive Schruppen und Schlichten, erzielt größere Spanvolumina über die Bearbeitungsgeschwindigkeit und kostet in der Standardausführung rund 340 000 DM.

Tatsächlich spielt das Preisniveau eine zentrale Rolle bei der Plazierung neuer HSC-Systeme. So bietet die Pulheimer Crima GmbH eine dreiachsige Maschine mit 700 mm x 700 mm x 350 mm Arbeitsraum an, die unter 200 000 DM kosten soll. Laut Benno Wolter, Geschäftsführer des Unternehmens, eignet sich die Maschine auch zur Bearbeitung harten Materials. Gesteuert wird sie von einer PC-basierten CNC mit 1 ms Satzverarbeitung.

Für Betriebe, die auf ihren vorhandenen Maschinen zwischen Schwerzerspanung und Schlichtfräsen wechseln wollen, bietet die Schweizer IBAG AG, Lindau, eine einwechselbare HSC-Spindel an. Sie wird mit 6 bar und einem Luftvolumenstrom von 600 l/min binnen 3 s auf 60 000 min-1 beschleunigt. Wie der Hersteller versichert, sorgt eine speziell abgestimmte digitale Regelung für nahezu lineare Kennlinien über den kompletten Drehzahlbereich hinweg, so dass die Spindel schon bei niedrigen Touren bis 0,4 Nm Drehmoment und bei 36 000 min-1 0,87 kW bietet. Für das Finishen oder Gravieren von Leichtmetall und Graphit reiche diese Leistung aus.

Ein Kombinations-Spannsystem speziell für HSC-Werkzeuge hat die Pokolm GmbH entwickelt. Statt die Fräsköpfe – wie bei den meisten Fabrikaten üblich – über ein Aussengewinde in den Schaft zu drehen, verschraubt der Harsewinkeler Hersteller sie über ein Innengewinde mit Untermaß. Dazu muss diese Kappe allerdings zuvor erwärmt werden. Das Ergebnis ist ein rundlaufgenauer Sitz.

Nicht-spanende Verfahren machen dem Rapid Prototyping ebenfalls Konkurrenz. So ist die Lasergravur laut der Lang GmbH, Hüttenberg, für Formenbauer und Graveure die Innovation schlechthin und soll gegenüber früher doppelt schnell sein. Feingravuren seien bereits ab 9 µm Strahlradius möglich, enge Vertiefungen und Formnester auch in gehärtetem Stahl kein Problem. Nahezu unabhängig von dem jeweiligen Material arbeite der Laser schnell und präzise. Die Workstation Solero graviert mit einem 100- W-Festkörperlaser Nd:YAG, dessen Bogenlampe als Verschleißteil knapp 1 DM pro Betriebsstunde kostet. Die Maschine ist serienmäßig mit einem Gehäuse der Laserschutzklasse 1 ausgestattet. Vor allem für Formenbauer dürfte die Möglichkeit interessant sein, die Werkstücke mit einem Kantentaster exakt anzumessen.

Weil serielle mit parallelkinematischen Baugruppen kombiniert wurden, ist die „Transportable Bearbeitungseinheit zur reaktionsschnellen Instandsetzung großer Umformwerkzeuge“ des ISW Hannover so agil wie rein kartesische Werkzeugmaschinen. ±180o Schwenkwinkel in der ersten sowie ±95o in der zweiten Drehachse machen darüber hinaus die Orientierung der Spindel und sogar die Herstellung von Hinterschnitten möglich. Mit 30 000 min-1 und 10 kW Spindelleistung entspricht die Funktionalität der einer fünfachsigen HSC-Maschine. Sie soll die automatisierte Werkzeugreparatur direkt in der Produktion möglich machen. Digitalisierung, Flächenrückführung und CAD/CAM sind Basis des NC-Programms.