Oberflächengüte, Präzision und Reproduzierbarkeit: Der 3D-Druck hat ein Niveau erreicht, das ihn auch für den Werkzeug- und Formenbau immer interessanter macht. Wir sprachen mit Fabian Schuster, HP 3D Application Engineer, und Kevin Kröning, HP 3D Metal Business Development Manager, darüber, welche Vorteile die additive Fertigung für die eigene Fertigung bietet.
Das Interview führte: Frederick Rindle, Konradin Industrie
Inhaltsverzeichnis
1. Werkzeugeinsätze mit HP Metal Jet-Technologie fertigen
2. Multi Jet Fusion Technologie für Spritzgusswerkzeuge?
3. Vorteile digitaler Fertigung
Industrieanzeiger: Bei welchen Bauteilen ist eine werkzeuglose Fertigung mittels 3D-Druck sinnvoll?
Fabian Schuster: Das Besondere an der additiven Fertigung ist, dass man mit ihrer Hilfe Bauteile mit vielen Funktionen in beinahe jedweder Form produzieren kann. Dazu benötigt es allerdings ein Umdenken in der Konstruktion. Der häufig als additive Transformation beschriebene Prozess ermöglicht es dann Bauteile mit völlig neuen Formen und Funktionen auch wirtschaftlich herstellen zu können.
Bei vielen Herstellern ist das aber schon passiert und so werden heute häufig schon Produkte und Bauteile speziell für die additive Fertigung konstruiert. Sie weisen daher oft Formen und Funktionen auf, die sich aufgrund der Einschränkungen des Spritzgießens konventionell gar nicht mehr herstellen lassen. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Vorteile der Designfreiheit (Lattice-Strukturen, Funktionsintegration, FEM-/CVM-optimierte Bauteile) genutzt werden.
Werkzeugeinsätze mit HP Metal Jet-Technologie fertigen
Industrieanzeiger: Was muss ich beachten, wenn ich mit der HP Metal Jet-Lösung Werkzeugeinsätze aus Metall 3D-drucken möchte?
Kevin Kröning: Werkzeugeinsätze sind aufgrund ihrer Komplexität und Größe im Prinzip gut für den 3D-Druck geeignet. Die grundsätzliche Stärke der HP Metal Binder Jetting-Technologie liegt in der flexiblen und skalierbaren On-Demand- und Vor-Ort-Fertigung von Fertigbauteilen. Dafür bieten wir neben der 3D-Druckanlage auch bereits verschiedene Edelstähle wie 316L und 17-4PH zur Auswahl an. Weitere Metalle sind zudem gerade in der Entwicklung.
Industrieanzeiger: Damit steht die HP Metal Jet-Technologie auch in direkter Konkurrenz zu einer Produktion mittels LPBF-3D-Drucktechnologie. Welche Vorteile bietet die HP Metal Jet-Technologie gegenüber einem laserbasierten 3D-Druck-Verfahren?
Kröning: Beide 3D-Drucktechnologien haben je nach Anwendungsfall ihre Vorteile. Aus unserer Sicht eignet sich das LPBF-Verfahren jedoch besonders für die Herstellung von Prototypen und für Bauteile, die nur in geringen Stückzahlen gefertigt werden sollen.
Die HP Metal Jet-Technologie hingegen ermöglicht mit ihrer hohen Wirtschaftlichkeit und der hohen Oberflächenqualität der Bauteile auch eine Massen- und Serienfertigung im Bereich der additiven Fertigung. Dabei punktet die HP-Technologie im Besonderen mit ihrer hohen Druckgeschwindigkeit und der hohen Bauteilqualität.
Multi Jet Fusion Technologie für Spritzgusswerkzeuge?
Industrieanzeiger: In der additiven Fertigung von Kunststoffbauteilen wird die Multi Jet Fusion-Technologie bereits in der Serienfertigung eingesetzt. Welche typischen Vorteile bietet die MJF-Technologie hier?
Schuster: Durch das Schmelzen einer Pulverschicht in einem Schritt und den Einsatz von Detailing- und Fusing Agents können mit dem MJF-Verfahren mechanisch belastbare und annähernd isotrope Bauteile mit sehr hoher und auch planbarer Produktivität hergestellt werden. Dabei weisen sowohl die Oberflächen als auch die Details der Bauteile eine besonders hohe Auflösung auf. Durch die hohe Druckgeschwindigkeit ist das zudem bei niedrigen Bauteilkosten möglich. Die MJF-Anlagen wurden speziell für die industrielle Fertigung von Endprodukten mit hoher Reproduzierbarkeit, Skalierbarkeit und Automatisierung ausgelegt. Außerdem ist die Fertigung mittels MJF-Technologie auch besonders nachhaltig.
Industrieanzeiger: Ist es möglich 3D-gedruckte Spritzgusswerkzeuge für Kleinserien mittels MJF herzustellen?
Schuster: Das hängt vom Werkstoff und der Anwendung ab. Für bestimmte Silikone, PE, PP, TPU und TPE wird MJF heute auch für kleine Formen eingesetzt. Die Frage sollte jedoch eher lauten, warum das Produkt nicht direkt additiv gefertigt wird und stattdessen die Nachteile des Formenbaus in Kauf genommen werden.
Industrieanzeiger: Die Ersatzteilproduktion bietet ein enormes Potenzial für den 3D-Druck. Wo liegen hier die Vorteile gegenüber einer konventionellen Fertigung?
Schuster: Die Ersatzteilproduktion ist ein Sonderfall. Besonders wichtig ist hier die kurze Produktionszeit (Lead Time) die die additive Fertigung im Vergleich zum Spritzguss oder der subtraktiven Fertigung ermöglicht. Hinzu kommen die Vorteile einer Vor-Ort-Fertigung mit kurzen Transportwegen und geringeren Lagerhaltungskosten. Darüber hinaus ermöglicht der 3D-Druck auch die kostengünstige Nachproduktion von Einzelstücken, die bei fehlenden Daten mittels 3D-Scan detailgetreu erfasst werden können.
Vorteile digitaler Fertigung
Industrieanzeiger: Welche Vorteile bietet eine vollkommen digitale Fertigung noch?
Schuster: Die Vorteile der digitalen Fertigung sind vielfältig. Denn die damit verbundenen Effizienzsteigerungen beruhen auf vielen möglichen Einzelverbesserungen, wie zum Beispiel der Qualität der Bauteile oder auch die Funktionsintegration. Darüber hinaus können einzelne Kosten auch direkt gesenkt werden, etwa durch eine optimierte Lagerhaltung, eine langfristig vereinfachte Dokumentation und eine einfachere Rückverfolgbarkeit der Produktion. Hinzu kommen kürzere Markteinführungszeiten, eine mögliche Personalisierung und Individualisierung der Produkte und damit innovativere und leistungsfähigere Produkte. Und das alles ist auch noch nachhaltiger.
Industrieanzeiger: Kann der 3D-Druck mit Metall auch die Bauteilentwicklung beschleunigen?
Kröning: Da man mit der Metal Jet-Technologie in einem Druckvorgang mehrere Versionen eines Bauteils gleichzeitig herstellen und das fertige Bauteil dann auch noch sofort in den Händen halten kann, spart man gerade in der Bauteilentwicklung viel Zeit, die sonst für Iterationsschleifen benötigt würde. Vor dem eigentlichen 3D-Druck kann das Bauteil zudem mit der HP-Software auch schon mal simuliert werden. In Summe kann man so schnell und kostengünstig zum gewünschten Bauteil kommen.
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