Mit Lasersintern zu Funktionsprototypen

Dr. Klaus Kreutzburg ist stellvertretender Geschäftsführer der RPM GmbH, Helmstedt

Das Ziel der Fluid Technologie GmbH aus Halle bestand in einer neuen Laufrad- und Leitradkonstruktion. Der Hersteller von Hochleistungs-Wasserpumpen arbeitet an verbesserten Geräten mit erhöhter Leistung und größerem Wirkungsgrad. „Sie wollten die Teile testen und überprüfen, ob die Ergebnisse mit den Berechnungen übereinstimmen“, sagt Dr. Jörg Gerken, Geschäftsführer der Rapid Product Modellbau (RPM) GmbH aus Helmstedt.

Fluid Technologie war daran interessiert, mit Rapid Prototyping Zeit und Geld zu sparen. Sie sahen das Stereolithographie-Verfahren aber als nicht geeignet an, weil die damit erzeugten Teile den geplanten Tests nicht Stand halten konnten. Für Funktionsprototypen ist es immer sehr wichtig, dass die Prüfungen die berechneten und realen Anwendungsfälle widerspiegeln.

Der Pumpenhersteller wurde von einem Servicebüro, das als Schichtbauverfahren nur Stereolithographie anbieten konnte, an RPM verwiesen. Der RP-Dienstleister aus Helmstedt arbeitet unter anderem mit dem Lasersinter-Verfahren und ist auf große Teile spezialisiert. „Die beiden Komponenten haben schwierige Geometrien“, betont Gerken. Das Laufrad zum Fördern von Wasser, hat einen Außendurchmesser von 340 mm, das Leitrad 450 mm.

RPM stellte das Laufrad in seiner hauseigenen Sinterstation als ganzes Teil her. Das Leitrad wurde in drei 120°-Teilen hergestellt. Beim eingesetzten Werkstoff handelt es sich um Dura Form von der Hildener DTM GmbH. „Das Material ermöglicht eine gute Oberfläche mit funktionalem Charakter. Weiterhin bildet es die Details sehr gut ab“, erklärt der Geschäftsführer. Die mit dem Lasersinter-Verfahren erzeugten Teile aus Dura Form lassen sich maschinell weiterverabeiten, schweißen, schleifen, polieren und lackieren. Durch Nacharbeit lässt sich eine Oberflächenrauheit Ra von bis zu 0,13 µm realisieren Zudem ist das Material chemisch beständig gegen Basen, Kohlenwasserstoffe, Benzin und Lösungsmittel.

Die ersten Ergebnisse waren verbesserungswürdig. Die Lasersinter-Teile waren zu porös und hatten Wasser aufgenommen. „Wir gingen mit dem Prozess nicht richtig um – das Material kannten wir erst seit zwei Wochen. Es waren die ersten Teile, die wir aus Dura Form herstellten“, merkt Gerken an. Der RP-Dienstleister optimierte die Einstellungen der Anlage und erhielt damit bessere Ergebnisse. Im Vergleich zu den theoretisch ermittelten Werte, erzielten die Prototypen gute und aussagekräftige Errgebnisse. Als die Teile in eine mehrstufig arbeitende Wasserpumpe eingebaut wurden, hielten die Prototypenräder den Belastungen Stand (siehe Tabelle), obwohl diese in der Serie aus Aluminium gefertigt werden.

„Die beiden Materialien sind bezogen auf die Eigenschaften unterschiedlich, gleichen sich aber in ihrer Aussagekraft über das Betriebsverhalten der Pumpe: Durchfluss, Eingangs- und Ausgangsdruck“, versichert Gerken. Allerdings lassen sich die Laufzeiten nicht vergleichen. „Aluminium hat eine deutlich höhere Lebensdauer aufzuweisen“, stellt der Geschäftsführer klar.

Der Kunde ist mit dem Ergebnis sehr zufrieden gewesen. Fluid Technologie war in der Lage, die Wasserpumpe in einer frühen Entwicklungszeit zu testen. So ließ sich die Zeit gegenüber herkömmlichen Methoden um einige Wochen reduzieren. In Bezug auf die Kosten merkt Dr. Gerken an: „Unser Kunde glaubt, dass der Einsatz konventioneller Methoden zur Herstellung dieser Teile günstiger als das Lasersintern gewesen wäre. Aber da sich die Entwicklungszeit um einige Wochen verkürzen ließ, hat er insgesamt Kosten eingespart.“

Belastungen des Prototyps

Leistungsaufnahme: bis 60 kW

Drehzahl: bis 2400 U/min

Drehmoment: bis 275 Nm

Volumenstrom bis 3000 l/min

Pumpendruck bis 18 bar

Statt dem Serienwerkstoff Aluminium wurde der Prototyp aus Dura Form ge-fertigt. Die Pumpenteile aus Polyamid hielten den Belastungen Stand.