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Drei pulverbett-basierte 3D-Metalldrucker

| Autor: Simone Käfer

Unternehmen nennen es SLM, DML oder LMF, aber das Verfahren ist das gleiche: 3D-Druck mit Laserschmelztechnik. Dazu stellen wir heute Maschinen von EOS, Trumpf und 3D Systems vor.

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Im pulverbett-basierten 3D-Metalldruck fühlen sich viele Hersteller wohl. Hier drei Beispiele für Additive Fertigungssysteme mit Laserschmelztechnik.
Im pulverbett-basierten 3D-Metalldruck fühlen sich viele Hersteller wohl. Hier drei Beispiele für Additive Fertigungssysteme mit Laserschmelztechnik.
(Bild: Liebherr)
  • Eine reproduzierbare Bauteilqualität verspricht EOS. Sein M 290 hat ein Bauvolumen von 250 mm × 250 mm × 325 mm und einen Laser mit 400 W.
  • Drei Laser mit je 500 W bietet die Truprint 5000 von Trumpf. In ihr können Bauteile mit Durchmessern bis 300 mm und Höhen bis 400 mm gedruckt werden.
  • Noch nicht erhältlich ist die Mini-Fabrik von 3D Systems. Module für Pulvermanagement und Transport sollen einen automatisierten Prozess ermöglichen.

Fast schon ein alter Hase in der Additiven Fertigung ist Alexander Altmann von Liebherr. Seit sechs Jahren arbeitet er mit industriellem 3D-Druck. Nun sollte ein Hydraulikblock für Flugzeuge hergestellt und dabei natürlich auch verbessert werden. Von vornherein war klar, dass das neue Bauteil leichter, ressourceneffizienter und umweltfreundlicher sein musste als das konventionell gefertigte.

Für die Lösung wurden ein Design und eine Prozesskette entwickelt, die auf den für dieses Projekt vorgesehen Partner EOS und die Luftfahrtbranche abgestimmt waren. Hierfür wurde zunächst das konventionelle Bauteil in Augenschein genommen, dann wurden seine hydraulischen Strukturen herausge­arbeitet und Hilfssysteme entfernt. Eine Analyse zeigte, wie sich die Hauptbauteile angesichts der Bauraum- und Schnittstellen­anforderungen so platzieren ließen, dass intelligente und kurze Verbindungs­leitungen möglich würden. Damit stand das Design des neuen Bauteils. Die Funktionselemente wurden über gekrümmte Rohre direkt miteinander verbunden. Auf ein komplexes Rohrsystem mit vielen Querbohrungen konnte so verzichtet werden, was viel Zeit in der Produktion spart.

Der M 290 von EOS besticht mit der Strahlqualität seinem 400 W starken Lasers. Sie soll einen wichtigen Beitrag zur Bauteilqualität leisten.
Der M 290 von EOS besticht mit der Strahlqualität seinem 400 W starken Lasers. Sie soll einen wichtigen Beitrag zur Bauteilqualität leisten.
(Bild: EOS)

Reproduzierbare Bauteilqualität

Die eingesetzte Maschine war eine M 290, die direkt aus CAD-Daten druckt, ein Bauvolumen von 250 mm × 250 mm × 325 mm hat und mit einem 400-W-Faserlaser arbeitet. EOS verspricht sogar eine reproduzierbare Bauteilqualität. Diese führt das Unternehmen unter anderem auf die Strahlqualität des Laserspots und die Detailauflösung zurück. Dadurch seien homogene Bauteileigenschaften von Teil zu Teil, Auftrag zu Auftrag und Maschine zu Maschine möglich. Bestechend ist allerdings auch das Softwareangebot. Das CAM-Tool EOS-Print bereitet die CAD-Daten für die Maschinen auf, der Parameter-Editor hingegen erlaubt Entwicklern mehr Freiheit für anwendungsspezifische Optimierungen. Außerdem gewährt eine Monitoring-Suite Einblick in alle produktions- und qualitätsrelevanten Daten in Echtzeit.

Der neue, additiv gefertigte Ventilblock bietet die gleiche Leistung wie das konventionelle Bauteil, ist jedoch 35 % leichter und besteht aus einer Titanlegierung.
Der neue, additiv gefertigte Ventilblock bietet die gleiche Leistung wie das konventionelle Bauteil, ist jedoch 35 % leichter und besteht aus einer Titanlegierung.
(Bild: Liebherr)

Der additiv gefertigte Ventilblock bietet die gleiche Leistung wie das konventionelle Bauteil, ist aber 35 % leichter und besteht aus weniger Einzelteilen. Das im 3D-Druck-Verfahren hergestellte Bauteil hat inzwischen einen ersten erfolgreichen Testflug im Airbus A380 absolviert.

Der Multilaserdrucker von Trumpf besitzt eine speziell konstruierte Optik, mit die Laser den gesamten Bauraum erreichen.
Der Multilaserdrucker von Trumpf besitzt eine speziell konstruierte Optik, mit die Laser den gesamten Bauraum erreichen.
(Bild: Trumpf)

Der Multilaser ist überall

Ganz frisch ist noch die Truprint 5000 von Trumpf, sie wurde erst auf der Formnext 2017 vorgestellt. Ihre Besonderheit sind drei scannergeführte, 500 W starke, hauseigene Faserlaser. Die drei Laser sind mit einer speziell konstruierten Optik so angebracht, dass sie gleichzeitig überall im gesamten Bauraum der Anlage arbeiten. Dadurch soll schneller gedruckt werden. Auch die Belichtungsstrategien tragen zur Geschwindigkeit bei: Sie ermitteln die idealen Laserbahnen, so dass alle drei Laser immer Teile-übergreifend belichten können. Nahtstellen entstehen an den Bauteilen nicht, da sich die Außenkonturen nahtlos mit nur einem Laser erstellen lassen.

Die Bauteile können Durchmesser bis 300 mm und eine Höhe bis 400 mm haben. Eine Vorheizung auf maximal 500 °C soll insbesondere bei Warmarbeitsstählen und Titan eine hohe Bauteilqualität sichern.

Die Mini-Fabrik

Noch Zukunftsmusik ist die DMP 8500 Factory Solution von 3D Systems. Dafür bieten die Drucker den größten hier vorgestellten Bauraum: 500 mm × 500 mm × 500 mm. Es handelt sich um ein Konzept, das von der Pulverbeschichtung bis zur Endausgabe automatisiert abläuft. Daher gehörten nicht nur ein 3D-Drucker, sondern auch Pulvermanagement- und Transport­module zum Umfang. Die Pulvermanagement-Module reinigen die Teile vom Pulver auf der Bauplattform, recyceln ungenütztes Material und bereiten die austauschbaren Druckmodule für den nächsten Bau vor. Vom Drucker zum Pulvermodul gelangen diese Druckmodule per Transporteinheit. Um alles am Laufen zu halten, ist eine All-in-one-Software integriert, die künftige Bauteile auch auf die Produktion hin optimiert. Ab Ende 2018 soll das Konzept erhältlich sein.

Ergänzendes zum Thema
Anwenderblick
Drei Fragen an den Anwender

Warum sich Liebherr für eine Zusammenarbeit mit EOS entschied, erklärt Alexander Altmann, Lead Engineer Additive Manufacturing in der Forschungs- und Entwicklungsabteilung bei Liebherr-­Aerospace Lindenberg.

Was hat Sie so an der additiven Technik überzeugt?

Durch die Additive Fertigung ist Komplexität nicht länger ein Problem. In der EOS M 290 werden Bauteile Schicht für Schicht aufgeschmolzen beziehungsweise gedruckt – jede nur zwischen 30 und 60 μm dick. Selbst komplexe Geometrien sind so möglich.

Auch andere Hersteller additiver Maschinen arbeiten mit diesem Verfahren. Weshalb fiel Ihre Wahl auf EOS?

Mit der EOS-Technik sind wir in der Lage, zuverlässig Titanbauteile von höchster Qualität herzustellen – die Voraussetzung für den nächsten Schritt zur Serienproduktion.

Gibt es noch ein Zwischenziel vor der Serie?

Derzeit können wir einen Ventilblock in etwas über einem Tag herstellen, doch wir sind zuversichtlich, die Bauzeit mit dem EOS-System M 400-4 um mehr als 75 % verkürzen zu können.


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Über den Autor

 Simone Käfer

Simone Käfer

Redakteurin für Additive Fertigung und Werkstoffe, MM MaschinenMarkt