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Erfolgreiche Demonstration

Fraunhofer-Forscher bauen komplexe Gusswerkzeuge per 3D-Drucker

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Anbieter zum Thema

Fraunhofer-Institut für Lasertechnik
GGB Heilbronn GmbH
Schages GmbH & Co.KG
Weil Technology GmbH

Einzigartiger Großvolumen-3D-Drucker aus Forscherhand

Am Fraunhofer-ILT entwickelte man genauer gesagt, eine 5-Laser-PBF-LB/M-Maschine in Gantry-Bauseise weiter, die derzeit ein Bauvolumen von 1.000 × 800 × 350 Millimeter aufweist. Im Gegensatz zu üblichen Systemen arbeitet sie mit einem verfahrbaren Bearbeitungskopf und lokaler Schutzgasführung, sodass das Bauvolumen bei gleichen Prozessrandbedingungen (Schutzgas-Strömungsgeschwindigkeit, Laserstrahl-Auslenkwinkel, et cetera) entlang der Maschinenachsen linear skalierbar ist, erklären die Aachener. Damit ließen sich perspektivisch auch noch größere Werkzeuge additiv herstellen als das in diesem Projekt betrachtete Werkzeuginlay mit einem Volumen von über 20.000 Kubikzentimetern und eine Bounding Box von 515 × 485 × 206 Millimetern Rauminhalt. Um aber die bei großvolumigen Werkzeugen kritischen Temperaturgradienten zu minimieren, wurde zusätzlich ein beheizbares Substratmodul entwickelt, wie man weiter erfährt. Die Bauplattform erreiche nun eine Temperatur von 200 °C, wodurch jede neue Schicht nicht auf Raumtemperatur, sondern nur auf ein vordefiniertes thermisches Plateau abkühle. Diese Idee reduziere thermisch induzierte Spannungen und die Gefahr von Rissbildung während des Druckprozesses. Die Kombination aus großem Bauraum, hoher Prozessstabilität und aktiver Vorheizung mache diese Anlage weltweit zu einem der ersten LPBF-Systeme, das für die wirtschaftliche Fertigung von einsatznahen Druckgussformen auch für das Mega oder Giga Casting geeignet sei.

Getriebe gedruckter Form ist bei Toyota schon im Einsatz

Im Rahmen des Projekts hat man, genauer gesagt, einen additiv hergestellten Werkzeugeinsatz für ein Getriebegehäuse gefertigt, das bereits heute bei Toyota im Einsatz ist. Die Druckgussform-Einsatz beinhaltet auch ein komplexes Netzwerk konturnaher Kühlkanäle, das den klaren Vorteil der additiven Fertigung für diesen Zweck belegt. Denn über eine konventionelle Zerspanung sei so etwas nicht hinzubekommen. Für den additiven Werkzeugaufbau setzte das Projektteam auf einen hybriden Prozess für die eigens gefertigte Preform, die schon über vertikale Kühlkanäle verfügte. Die genaue Positionierung und prozesssichere Verbindung beider Komponenten stellte aber dennoch hohe Anforderungen an die Maschinenkalibrierung, -präzision und die Prozessführung. Derartige Hybridstrukturen sollen aber das Potenzial haben, Bauzeit und Kosten zu reduzieren, weil das relativ teure PBF-LB/M-Verfahren nur in jenen Bauteilbereichen genutzt wird, die eben konventionell nicht machbar sind. Die komplexe Kühlstruktur haben die Forscher dann so ausgelegt, dass kritische Zonen der Form im Einsatz während des Druckguss effektiv temperiert werden. Dadurch sinkt, wie gesagt, die thermische Belastung. Gleichzeitig bietet die additive Fertigung die Möglichkeit, Durchlaufzeiten drastisch zu verkürzen. Denn statt einer aufwendigen Bearbeitung mehrerer Werkzeugkomponenten und deren Montage genüge ein konsolidierter, durchgängig additiver Aufbauprozess. Die Druckgussform für Toyota wurde übrigens in weniger als zehn Tagen gefertigt inklusive aller vorbereitenden Schritte, wie man betont. Für OEMs winken als nachgewiesen kürzere Entwicklungszyklen und eine schnellere Markteinführung neuer Fahrzeug-Plattformen.

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