3D-Revolution in der Nische

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Metallische Pulver mit selektivem Laserschmelzen verarbeiten

Für größere Bauteile hat die SLM Solutions GmbH aus Lübeck die Laserstrahl-Schmelzanlage SLM 500HL entwickelt – ihr Bauraum misst beachtliche 500 × 280 × 365 mm³. Darin können mittels selektiven Laserschmelzens metallische Pulver wie Titan, Inconel, Edelstahl oder Aluminium verarbeitet werden. Die Anlage ist mit vier 700 W starken Faserlasern ausgestattet, die auch simultan mehrere Bauteile aufbauen können. Das Metallpulver mit einem Korndurchmesser zwischen 10 und 45 µm beziehungsweise 20 und 60 µm bei Aluminium erzeugt eine Schichtdicke zwischen 20 und 75 µm bei einer maximalen Scangeschwindigkeit von 10 m/s.

Am anderen Ende der Größenskala hat sich die Trumpf Laser- und Systemtechnik GmbH, Ditzingen, mit dem 3D-Drucker Truprint 1000 positioniert. Mit einem 200-W-Faserlaser werden Metalle in 20-µm-Schichten aufgetragen. Der Prozess lässt sich mittels Livebild nachverfolgen. Darüber hinaus bietet Trumpf einen Visual Online Support an, mit dem Bild-, Ton- und Videodateien in Echtzeit mit dem Kundendienst ausgetauscht werden können.

Die Kunden kommen aus verschiedenen Gründen zur additiven Fertigung, wie Joachim Zettler, Geschäftsführer der Airbus-Tochter Apworks, auf dem Stahlkolloquium sagte. Dabei nannte er Gewichtseinsparung, Funktionsintegration, weniger Materialverbrauch, kein Zeitverzug für Ersatzteile und den Wegfall der Lagerhaltung sowie die Herstellung komplexer Geometrien als Argumente.

„Beim Design für die additive Fertigung läuft die Topologieoptimierung automatisch mit, das ist heute nichts Besonderes mehr“, erläuterte Zettler weiter. Doch das 3D-Druck-fähige Design sei eine große Hürde für die Verfahren, weil den Kunden von Apworks Mitarbeiter fehlten, die es beherrschen. „Das ist eine komplett andere Sache als bei den klassischen Verfahren und dafür benötigt man auch andere Tools“, sagte Zettler.

Speziell für die additive Fertigung hat Apworks außerdem mit der Konzernforschung der Airbus Group ein Aluminiumpulver namens Scalmalloy entwickelt. Es ist korrosionsbeständig und vereint das geringe Gewicht von Aluminium mit der spezifischen Festigkeit fast von Titan. Das für die additive Fertigung weit verbreitete Aluminium-Silizium-Pulver AlSi10Mg ist im Vergleich dazu nur halb so fest. Außerdem weist Scalmalloy eine sehr hohe Zähigkeit auf, was insbesondere für sicherheitskritische Anwendungen von Vorteil ist.

Interessant ist laut Apworks das Material für Hochleistungsanwendungen in Robotik, Automotive sowie Aerospace. Zusammen mit der Designfreiheit, die der metallische 3D-Druck mit sich bringt, lassen sich Produkte mit bisher ungekannten Funktionalitäten realisieren. Ziel von Apworks sei es, den Qualitätsanspruch der Luftfahrt auch in andere Industriezweige zu transferieren.

Neben den Möglichkeiten und Limitierungen des Verfahrens ergeben sich auch ganz andere Baustellen, die wohl auch der rasanten Entwicklung von AM zuzuschreiben sind. Die Möglichkeiten können noch so unendlich sein – wenn der Konstrukteur seine neue Freiheit nicht ausprobiert, nicht neugierig genug ist, dann wird das Potenzial der AM nicht voll ausgeschöpft werden können.

„Zum Drucken benötigen wir CAD-Daten. Häufig bekommen wir von unseren Kunden nur technische Zeichnungen, die wir mithilfe unserer Konstrukteure dann in 3D-Daten konvertieren. Ferner ist die Technologie abhängig von den Designlimitationen der Konstrukteure, die zum Teil noch nicht die Designfreiheiten des AM berücksichtigen“, so die Erfahrungen von Tobias King, der noch konkreter wird. „Häufig wird hinsichtlich optimaler Fertigung konstruiert und noch nicht hinsichtlich optimaler Funktionsweise der Bauteile. Wird die Gestaltungsfreiheit additiver Verfahren erst einmal erschlossen, werden wir völlig neue, hybride Strukturbauteile sehen.“

Die Entwicklungen bleiben demnach sowohl von der technischen als auch von der personellen Seite spannend. Bis dahin gehen die Experten davon aus, dass sich die generative Fertigung zunächst als Ergänzung zu bisherigen Produktionsprozessen etablieren wird.

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