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Hydroforming mit 3D-Druck-Tool

Beckwood Press realisierte über 250 Presszyklen – mit hohem Zeitgewinn
Hydroforming mit 3D-Druck-Tool

Innenhochdruck-Umformen | Lassen sich Kleinserien günstig mit 3D-gedruckten Umformwerkzeugen herstellen? Beckwood Press testete die Idee mit Erfolg – dazu steht ein Whitepaper zum Download bereit.

Das Umformen mit Tiefziehwerkzeugen, bestehend aus präzise aufeinander abgestimmten Formhälften ist mit enormem Kosten- und Zeitaufwand verbunden. Bereits Hydroforming bedeutet eine deutliche Einsparung: Die Blechplatine wird dabei in die Hydroumformpresse gelegt und durch ein Fluid mit hohem Druck umgeformt. Da eine Membran als universell einsetzbare Formhälfte dient, braucht es nur eine einzige Gegenform.

Die Formmaterialien können Stahl, Aluminium, gegossene Epoxidharze oder sogar Holz sein. Doch auch deren Herstellung ist – vor allem bei großen und komplexen Formen – aufgrund des erforderlichen Ausgangshalbzeugs und der benötigten CNC-Maschinenzeit mit hohen Kosten verbunden. Besonders stark schlagen Konstruktionsänderungen zu Buche.
Der Gedanke liegt nahe, Hydroforming-Werkzeuge im 3D-Druck herzustellen. Wäre dies ein gangbarer Weg für Prototypen und Kleinserien? Beckwood Press, Hersteller von hydraulischen Pressen mit Sitz in St. Louis, Missouri, wollte es wissen. Um die Idee zu prüfen, starteten die Amerikaner konkrete Tests.
Das Ergebnis vorneweg: Die Beckwood-Ingenieure konnten zeigen, dass 3D-gedruckte Hydroforming-Tools aus Kunststoff viele traditionell gefertigte Werkzeuge ersetzen können, wodurch sich „ein enormer Zeitgewinn und hohe Kosteneinsparungen“ in der Werkzeugentwicklung und -fertigung erzielen lasse.
  • 3D Systems, Pionier auf dem Gebiet des 3D-Drucks, packte die gemachten Erfahrungen zusammen mit Beckwood Press in ein Whitepaper. Der vorliegende Artikel liefert einen Extrakt daraus. Das ins Deutsche übersetzte Whitepaper kann downgeloadet werden (Fußnote).
  • 3D Systems deckt als Anbieter von qualitativ hochwertigen 3D-Industriedruckern insgesamt sieben Schlüsseltechnologien ab, zu denen unter anderem SLA, SLS, Direktmetall- und Multi-Jet-Druck gehören. Die Prüfungen bei Beckwood beschränkten sich jedoch auf Formteile aus Kunststoff. Im Direktmetallverfahren gedruckte Formwerkzeuge wurden in diesem Zusammenhang nicht getestet. Für den Verfahrens-Check ausgewählt wurde die Produktion eines Muster-Abgasbauteiles durch Hydroforming.
Gedruckt wurde das Test-Formwerkzeug auf einem ProJet 3500 HD Max von 3D Systems in der Materialreihe VisiJet M3 Black. Dabei handelt es sich um UV-härtende Duroplaste mit ABS-Eigenschaften. Sie verfügen über eine Zugfestigkeit von 35,2 MPa, ein Elastizitätsmodul von 1594 MPa und eine Biegefestigkeit von 44,5 MPa. Die Wärmeformbeständigkeit beträgt 0,45 MPa bei 57 °C.
Der ProJet 3500 wurde als wirtschaftlicher 3D-Industriedrucker mit einem Einstiegspreis von 56 000 Euro gewählt. Folgende Druckzeiten waren dafür erforderlich:
  • 13 Stunden im hochauflösenden Druck (HD) (375 x 375 x 790 dpi) oder
  • 23 h im „Xtreme High Definition“-Druck (XHD) ( 750 x 750 x 1600 dpi)
Im HD-Modus beträgt die Schichtdicke 32 μ, während im XHD-Modus sogar feinste Auflösungen mit einer Schichtdicke von nur 16 μ erreicht werden. Die Maßhaltigkeit liegt innerhalb von 0,127 cm.
Nach Abschluss des Druckjobs muss nur noch das Trägerwachs im Ofen ausgeschmelzt werden. Der Nacharbeitsaufwand ist gering: Während die 3D-Formteile im HD-Druck geringfügig poliert werden müssen, konnte bei den im XHD-Modus gedruckten Formteile darauf ganz verzichtet werden. Nach dem Druck ließen sie sich direkt auf dem Hydroumform-Pressentisch anordnen.
Die Ergebnisse im Detail: Nach Aussage der Projektingenieure von Beckwood Press weisen die mit dem ProJet HD 3500 Max gedruckten Werkzeuge selbst nach 250 Presszyklen keine sichtbaren Verschleißspuren auf. Für das Material VisiJet M3 Black sind tatsächliche Kosten in Höhe von 60 Euro angefallen. Und laut Beckwood Press konnten durch den 3D-Druck die Fertigungszeit für das Formwerkzeug um 60 bis 80 % und die Kosten um 50 bis 80 % reduziert werden. (os) •
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