Mit Additive Manufacturing erfolgreich in Serie produzieren

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Gleiche Nachbearbeitungsprozesse wie bei Halbzeugen anwendbar

Aus dem Prozess heraus, ohne Nachbearbeitung, werden Genauigkeiten von ±0,1 % bei einem Minimum von ±50 µm und in Serienanwendungen auch ±30 µm erreicht. Die Oberflächen haben einen Ra von 4 bis 8 µm. Genauigkeit und Oberflächenqualität lassen sich durch Nachbearbeitung noch deutlich verbessern. Grundsätzlich können an mit AM gefertigten Bauteilen alle Nachbearbeitungsprozesse durchgeführt werden, die man auch bei Halbzeugen anwenden kann. Gerade das Nachbearbeiten von Oberflächen und Genauigkeiten erfordert oft eine neue Herangehensweise und die ganzheitliche Betrachtung (Ist Nacharbeit notwendig? Kann das Bauteil noch gespannt werden?).

Ausgangspunkt ist immer eine 3D-Konstruktion, die in verschiedenen Formaten vorliegen kann; eine 2D-Zeichnung zur Veranschaulichung der benötigten Toleranzen und Oberflächen ist obligatorisch. In den anschließenden Gesprächen mit Konstrukteuren oder Prozessingenieuren werden alle weiteren Anforderungen aufgenommen, die vor allem bei nicht für AM konstruierten Bauteilen zu einer deutlichen Optimierung führen können. Die fertige 3D-Datei (Bild 3) dient dann als Basis für die Maschinenprogrammierung. Nach der eigentlichen Produktion und den gegebenenfalls notwendigen Nachbearbeitungsschritten kann das Bauteil eingesetzt werden.

Aus acht wird eines: Funktionen in einem Teil fertigen

Doch welchen Mehrwert erhält ein Unternehmen durch den Einsatz von AM? Ein großer Vorteil ist die Realisierung von monolithischen Konstruktionen. Um eine Funktion zu erhalten, müssen nicht mehr mehrere Teile gefertigt und montiert werden, weil mit AM ein monolithisches Teil gebaut werden kann – kleiner und funktioneller. Beim Beispiel einer Düse für die Lebensmittelindustrie (Bild 1) wurde aus acht Teilen ein einziges, zudem konnte der Durchmesser von 50 auf 25 mm reduziert und ein konsequentes Clean-Design umgesetzt werden (Bild 2 und 3).

Auch ein Brenner, der ursprünglich aus Kupfer und Stahl hergestellt war (Bild 4) und aus 20 Teilen zusammengebaut werden musste, lies sich in einem Teil aus Inconel 718 fertigen (Bild 5). Die Konstruktion ist nun strömungs- und kühlungsoptimiert (Bild 6), die Lebensdauer des Bauteils um ein vielfaches höher als beim ursprünglichen Design. Damit entfallen erhebliche Kosten für Wartung und Reparatur.

Weitere Informationen zum neuen Design des Gasbrenners

Mit AM lassen sich außerdem viel einfacher und schneller neue Entwicklungen im Design umsetzen, die Prozesse im Betrieb optimieren können. So begann ein Designprozess für ein Y-Rohr mit der Aussage: „Qualität und Ausbeute bei der chemischen Reaktion werden besser, wenn wir an dieser Stelle die Temperatur optimal regeln könnten.“ Statt eines um eine Schweißkonstruktion gewickelten Rohrs war ein Kühlmantel mit minimalen Wandstärken und maximaler Wärmetauscherfläche die optimale Lösung (Bild 7 und 8). Die Geometrie des Rohres ist so gestaltet, dass gleichzeitig die Durchmischung der beiden Medien gefördert wird. Dichtungslos und in der Richtung an die Montagesituation hin angepasste Schlauchnippel sowie die integrierte Beschriftung sind zwar nur Kleinigkeiten, sie sind aber im täglichen Handling von großem Nutzen.

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