Generative Verfahren legen rapide zu

Von unserem Redaktionsmitglied Michael Corban michael.corban@konradin.de

Der Maschinenbauer Trumpf sorgte bereits im Vorjahr auf der Euromold für Aufsehen, als er eine Maschine für das Laserformen vorstellte – reines Metallpulver wird dabei ohne Bindemittel zu einem praktisch porenfreien Werkstück verschmolzen. Wenngleich das Verfahren prinzipiell nicht neu war – Concept Laser, EOS oder MCP-Hek hatten und haben Vergleichbares im Angebot, machte der Markteintritt der Schwaben eines klar: Die generativen Verfahren haben das Zeug, die Fertigung zu revolutionieren. Zwar liegt der Fokus bei den Metall verarbeitenden Verfahren vor allem auf dem schnellen Werkzeug- und Formenbau, dem Rapid Tooling, aber das Herstellen von Serienteilen ist auch hier bereits in Sicht.

Die größten Chancen haben die R-Technologien dabei nicht bei der Ablösung konventioneller Verfahren. Entscheidend wird sein, ob die Konstrukteure die damit verbundenen, neuen gestalterischen Freiheiten erkennen und nutzen. Komplexe Geometrien, wie etwa die innen liegenden Kühlkanäle von Spritzgieß-Werkzeugen, deuten an, in welche Richtung die Entwicklung geht. Wird dieses Potenzial erschlossen, kann das Rapid Manufacturing mittels generativer Verfahren neue Produkte mit bislang nicht für möglich gehaltenen Eigenschaften hervorbringen – direkt aufgebaut aus den 3D-CAD-Daten.

Basierend auf der Trumpf Lasercell zum Schneiden und Schweißen dreidimensionaler Bauteile zeigt die Ditzinger Trumpf Laser- und Systemtechnik GmbH (Halle 8, Stand F22) die Trumaform DMD 505 für das Direct-Metal-Deposition-Verfahren (DMD). Bei diesem handelt es sich um ein generatives Laserverfahren, das mittels einer Pulverdüse schichtweise Metall auf bestehende Werkzeuge und Bauteile dreidimensional aufträgt. „Die Maschine kann in der Werkzeugtechnik Anwendung finden, wenn es darum geht, hochqualitative Strukturen gezielt aufzutragen – ohne dabei das Grundmaterial durch übermäßigen Wärmeeintrag zu schädigen“, erläutert Projektleiter Robert Ganter. Dies reiche von Form-Einsätzen in Spritzgusswerkzeugen über Presswerkzeuge bis hin zu Bauteilen aus dem Offshore-Bereich. Mittels einer umschaltbaren Pulverdüse lassen sich zudem auch Werkstoff-Verbünde herstellen. So kann etwa ein verschleißfestes Serienwerkzeug mit einer komplexen Oberflächenstruktur aus teurem Werkzeugstahl auf einem Grundkörper aus preiswerterem Material aufgebaut werden.

Mit bis zu 6 kW Laserleistung erreicht die Trumaform nach Angaben der Ditzinger typische Aufbauraten zwischen 20 und 60 cm3/h. Der Achsverfahrbereich von 1000 mm x 2000 mm x 750 mm und der von drei Seiten zugängliche Arbeitsraum erlauben die Bearbeitung von Bauteilen, die auch deutlich größer sein können als der eigentliche Verfahrbereich der Maschine. Trumpf weist weiterhin auf die Internetfähigkeit der Maschine hin. Sie diene dem Datenaustausch zwischen Programmierer und Maschinenbediener, so dass Verfahrens-Know-how und Programmierwissen nicht vor Ort an der Maschine vorhanden sein müssten.

Völlig neue Möglichkeiten will die EOS GmbH aus Krailling bei München (Halle 8, Stand F70/E71) ihrem DMLS-Verfahren – Direktes Metall-Laser-Sintern – eröffnen, das ebenfalls aus einem pulverförmigen Werkstoff komplexe Bauteile per Laserstrahl erzeugt. Die Kraillinger forschen an Werkstoffen wie Edelstahl, Titan- und anderen biokompatiblen Legierungen – für Anwendungen im Medizin- und Medizingerätebereich. Für Werkzeuge eignet sich insbesondere der Werkzeugstahl Direct Steel H20, der sich mit dem System Eosint M 270 versintern lässt.

Steht das M in der Maschinenbezeichnung für Metall, lassen sich die Anlagen für das Kunststoff-Lasersintern über ein P identifizieren. Die neue Eosint P 380i soll gleichzeitig alle europäischen, asiatischen und US-amerikanischen Auflagen erfüllen und weist einen 340 mm x 340 mm x 620 mm großen Bauraum auf. Mit dem Wechselrahmensystem des Anbieters lässt sich die Maschine schnell bedienen, was den Jobdurchlauf beschleunigt.

Auch bei den Werkstoffen im Kunststoffbereich bieten die Kraillinger Neues, wie etwa den verbesserten Polyamidwerkstoff Prime Part, der eine hohe Detailauflösung bieten soll. Zudem ist auf der Euromold ein flammgeschützter Prototypenwerkstoff zu sehen, der nach Angaben von EOS die Auszeichnung VO nach der UL94-Richtlinie für Wandstärken von mehr als 2 mm erhalten hat. Zusätzliche Entwicklungsthemen sind schlagzähe Werkstoffe sowie gefüllte Werkstoffe auf Basis von Prime Part, was etwa Festigkeit und Steifigkeit erhöhen soll. Speziell für das Rapid Manufacturing sollen sich die Auto-Finish-Prozesse eignen, mit denen sich die Oberflächen lasergesinterter Bauteile nach dem Bauprozess glätten lassen – ein Schritt in Richtung der Fertigung von Serienteilen.

Dem Thema Rapid Manufacturing widmet sich auch die Lübecker MCP-Hek Tooling GmbH (Halle 8, Stand E42), die zeigt, wie sich unter anderem Serienteile aus Nylon PA 6 mittels Vakuumgießverfahren herstellen lassen. Gegenüber traditionellen Verfahren zum Formen- oder Werkzeugbau für hochwertige Polyamid-Bauteile wollen die Lübecker mit der einfachen und schnellen Herstellung ihrer Nylongießform aus Silikon Zeit- und Kostenvorteile zwischen 95 und 98 % erreichen. Das Vakuumgießen soll eine hohe Prozesssicherheit bieten und dem Anwender eine problemlose Handhabung. Mit einer vergleichsweise niedrigen Investition lassen sich so Bauteile herstellen, die alle mechanischen, optischen und thermischen Eigenschaften von spritzgegossenem PA 6 aufweisen.

Die 4D Concepts Prototyping, Software und Consulting GmbH aus Groß-Gerau ist am Stand der Troisdorfer Z Corporation Germany (Halle 8, Stand A74) vertreten. 4D Concepts war im Bereich der Stereolithographie mit der Darmstädter 3D Systems GmbH in die Betaphase der Werkstoffentwicklung von Accura Bluestone eingebunden und zeigt Ergebnisse davon auf der Euromold. „Accura Bluestone ist ein neuer Stereolithographie-Verbundwerkstoff, der sich besonders durch erhöhte Steifigkeit und Temperaturbeständigkeit für Anwendungen eignet, die mit Standardmaterialien bisher nicht bedient werden konnten“, berichtet Peter Volz, Bereichsleiter 3D-Drucken.

Die technischen Kunststoffe ABS und Polycarbonat lassen sich mit der dreistufig ausbaubaren Maschine FDM Vantage der Schorndorfer Alphacam Fertigungssoftware GmbH (Halle 8, Stand M10/L11) verarbeiten. Das RP-System basiert auf der Maschinenplattform T-Class des amerikanischen Herstellers Stratasys. „Entwickler können beim Basismodell Vantage i erstmals auf ein RP-System zurückgreifen, das weniger als 150 000 Euro kostet“, erläutert Alphacam-Geschäftsführer Michael Junghanß die Vorteile des Systems.

Fertigung von Serienteilen rückt ins Blickfeld

Für das Verarbeiten metallischer Pulver bieten inzwischen einige Hersteller Verfahren an, die auf der Euromold zu finden sind: