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3D-Druck mit Sand

Rapid Casting verkürzt Lieferzeiten für Prototypen

| Autor / Redakteur: Ulf Schliephake und Simone Käfer / Simone Käfer

Mit Rapid Casting kann die Brechmann-Guss Lieferzeiten für Neuteile von rund zehn Wochen auf zehn Arbeitstage verkürzen.
Mit Rapid Casting kann die Brechmann-Guss Lieferzeiten für Neuteile von rund zehn Wochen auf zehn Arbeitstage verkürzen. (Bild: Brechmann-Guss)

Durch 3D-Druck mit Sand verringert eine Gießerei die Lieferzeiten von mindestens zwei Monaten auf rund zehn Arbeitstage. Das Verfahren heißt Rapid Casting.

Der zeitintensivste Vorgang in einer Eisengießerei ist der Modellbau. Denn der Weg von der Datenbearbeitung über das Fräsen der Außenmodelle und der kernbildenden Geometrien bis hin zur Montage der Kernkästen dauert und führt oft zu zeitkritischen Engpässen. Um dieses Problem zu umgehen, schweißten bisher viele Kunden ihre Prototypen aus Blechen zusammen oder schnitzten sie gar per Hand aus dem Vollmaterial, wobei Freiformen und bis 80 % des Materials verloren gehen. Bis dato waren das die einzigen Möglichkeiten für alle, die trotz zu später Bestellung des Endkunden oder Verzögerung im Designprozess noch pünktlich zur nächsten Messe, zum angekündigten Serienstart oder zum Beginn des Feldversuchs an Realbauteile gelangen mussten. Doch das sind keine zufriedenstellenden Lösungen. Um bei Gussteilen schnell an Prototypen aus dem Serienwerkstoff im Serienfertigungsverfahren zu kommen, muss der zeitliche Aufwand des Modellbaus reduziert werden.

Das additive Fertigen von Formen und Kernen ist in Relation zum eigentlichen Rohgusspreis in der Serie wesentlich teurer; aber Prototypen oder Kleinserien können in zehn Arbeitstagen geliefert werden – solange man auf aufwendige Prüfungen in der Qualitätssicherung verzichtet. Ein Nutznießer dieses Verfahrens ist die MAN-Gießerei in Augsburg, die mittlerweile viele Ersatzteile aus geprinteten Formen für die Schifffahrt realisiert. Auf den ersten Blick sind die 20.000 bis 30.000 Euro Kosten für die Formen ein abstruser Wert. Doch wenn ein Schiff im Hafen auf sein Ersatzteil wartet, liegen die Kosten schnell bei 50.000 Euro pro Tag.

Rapid Casting ermöglicht komplexere Formen als das konventionelle Formengießen.
Rapid Casting ermöglicht komplexere Formen als das konventionelle Formengießen. (Bild: Brechmann-Guss)

So funktioniert Rapid Casting

Auch die Eisengießerei Brechmann-Guss nutzt diesen Effekt für Entwicklungsprojekte ihrer Kunden. Der Zeitgewinn in der Produktentwicklung beziehungsweise die pönalfreie Abwicklung eines Entwicklungsprojektes kompensiert die im ersten Augenschein hohen Kosten des Verfahrens sehr zügig. Um Kosten und Termine trotzdem im Griff zu behalten, verfolgt die ostwestfälische Eisengießerei zwei Strategien:

  • Rapid Casting: den schnellstmöglichen Abguss anhand der angelieferten 3D-Daten ohne Rücksicht auf Formschrägen und Hinterschneidungen;
  • 4S-Prototyping: serienidentische Prototypen im Serienwerkstoff unter Serienfertigungsbedingungen in der Seriengeometrie und gegebenenfalls im Serienprüfstatus.
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Die Idealvorstellung ist dabei, dass Brechmann-Guss die Außengeometrie der Gussteile konventionell mittels eines gefrästen Außenmodells erzeugt, die kerngebildeten Innengeometrien aber über 3D-geprintete Sandkerne. Vor dem Hintergrund, dass zum einen das Erstellen der Kernkästen den größten Zeitbedarf der konventionellen Fertigung beansprucht und zum anderen in der Regel die nachträglichen Änderungswünsche von Kunden die Innengeometrien betreffen, sind auf diesem Weg auch kurzfristige Geometrieänderungen schnell umsetzbar. So entstehen in der Gießerei Prototypen innerhalb von zehn Arbeitstagen.

Schlussendlich liefert Brechmann-Guss im „Serienverfahren Maschinenformguss“ unter Serienbedingungen produzierte serientaugliche Prototypen. Falls das Bauteil dann in Serie geht, ist auch ein Nullserienbedarf – oder eine Kleinserie für den Feldversuch – noch über 3D-Print-Kerne produzierbar, während Serienkernkästen parallel erstellt werden. Die verfahrensübliche Hektik bisheriger Neuteilanläufe entfällt. Dabei sind nur zwei Punkte zu beachten:

  • die serientaugliche Bearbeitung der vom Kunden beigestellten 3D-Daten (Verrundungen, Formschrägen, Teilungsebenen, Speisung und so weiter) kostet genauso Zeit wie
  • aufwendige, von Seiten des Kunden geforderte Vermessungen und Prüfungen nach dem Abguss.

Fügt man an das Rapid Casting noch Maßnahmen zur Qualitätssicherung an, verlängert sich der Prozess um etwa eineinhalb Wochen. Danach kann die Serienfertigung starten.
Fügt man an das Rapid Casting noch Maßnahmen zur Qualitätssicherung an, verlängert sich der Prozess um etwa eineinhalb Wochen. Danach kann die Serienfertigung starten. (Bild: Brechmann-Guss)

Man muss nicht alles Messen

Unter dem ersten Gesichtspunkt ist das Rapid Casting zur möglichst schnellen Erzeugung weniger Prototypen geeignet. Aus den Augen des Praktikers stellt sich beim zweiten Punkt die Frage, ob beispielsweise eine vollständige 3D-Vermessung wirklich vor Auslieferung von Prototypen für einen Feldversuch notwendig ist. Letztendlich genügt es, fünf Hauptmaße zu messen, solang man sich beim gesamten Fertigungsprozess auf den 3D-Datensatz fokussiert. Denn wenn das nach dem 3D-Datensatz gebaute Modell passt, sind entweder alle Werte korrekt oder alle falsch. Die Vermessung von 80 statt fünf Maßen bringt in diesem Zusammenhang nur wenig bis keine weiteren Erkenntnisse.

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Diverse bereits durchgeführte Projekte brachten noch weitere Vorteile: Bisher Ungießbares wird plötzlich gießbar. Konventionell werden häufig komplexe Kernpakete aus mehreren Einzelkernen durch Kleben gefügt; die Toleranzkette wird mit jedem weiteren geklebten Kern länger und der interne Ausschuss in der Gießerei im gleichen Maß höher. Somit sieht die Gießerei Brechmann im Einsatz geprinteter Kerne für komplexe Innengeometrien eine echte Alter­native.

* Ulf Schliephake arbeitet im technischen Vertrieb bei Brechmann-Guss in 33758 Schloß Holte-Stukenbrock, Tel. (0 52 07) 89 04-0, info@brechmann-guss.de

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