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3-D-Druck[Gesponsert]

Technik mit Potenzial

3D-Druck Formenbau, gezeigt auf der GIFA in Düsseldorf
3D-Druck Formenbau, gezeigt auf der GIFA in Düsseldorf (Bild: Messe Düsseldorf)

Ob Lebensmittel, Filmkulissen, Prothesen oder Stoßfänger – die additive Fertigung ist derzeit in aller Munde. Kein Wunder – die Technik ermöglicht es, komplexe Teile aus unterschiedlichsten Stoffen herzustellen. Und das in höchster Qualität.

Immer häufiger ergänzt oder ersetzt der dreidimensionale Druck herkömmliche Herstellungsprozesse. Davon profitieren nicht nur Medizintechnik, Automobilindustrie oder Luft- und Raumfahrt, auch Gießerei-Industrie, Stahl- und Aluminiumbranche haben das Potenzial des 3-D-Drucks erkannt. Wie das konkret aussehen kann, wird auch auf dem Düsseldorfer Messequartett Gifa, Metec, Thermprocess und Newcast vom 25. bis zum 29. Juni 2019 zu beobachten sein. Dann widmet sich eine eigene Sonderschau dem Thema „Additive Manufacturing“.

Größter Vorteil der Additiven Fertigung: Die Unternehmen sparen Zeit. Denn oft nutzen sie direkt CAD-Daten, ohne dass vorher ein Werkzeug gebaut werden muss. „Gerade in der Automobilindustrie läuft die gesamte Entwicklung werkzeuglos und dadurch deutlich schneller ab, die Produkte kommen zügiger auf den Markt“, sagt Tobias King, Director Marketing & Applications bei der Firma voxeljet aus Friedberg bei Augsburg. Formensätze für Turbolader etwa werden innerhalb von einer Woche gedruckt, dann getestet und anschließend gegebenenfalls noch einmal am Computer modifiziert. Die dazugehörigen CAD-Daten passen die Entwickler mit einigen Klicks digital an.

Das entsprechende CAD-Programm berechnet die verschiedenen Ebenen, der 3-D-Drucker baut sie Schicht für Schicht auf. Material wird nur dort verbunden, wo es gebraucht wird oder als Stützstruktur notwendig ist. Dadurch bietet sich Entwicklern, Ingenieuren oder auch Architekten eine neue Vielfalt geometrischer Formen. Gerade kleinste Stückzahlen oder Einzelteile etwa für Prototypen lassen sich so kostengünstig produzieren, validieren und dann in die Serienproduktion überführen.

Häufig gehen additive Fertigung und konventionelle Techniken Hand in Hand. „Für uns bietet die additive Fertigung interessante Perspektiven, insbesondere bei der Ergänzung unserer Fertigungsverfahren“, sagt Cesare Troglio, Leiter des Bereichs Technik und Innovation im Bundesverband der Deutschen Gießerei-Industrie (BDG). Viele Gießereien nutzen das Verfahren entweder zur Herstellung von Formen und Kernen oder von Modellen und Werkzeugeinsätzen. Dabei kombinieren sie die additive Fertigung mit den bewährten Gießverfahren. Der direkte Metalldruck von Bauteilen konzentriert sich Troglio zufolge noch auf die Herstellung von Prototypen und kleinen Serien. Es würden aber gewaltige Anstrengungen unternommen, um das Verfahren weiter zu industrialisieren.

Chancen und Risiken durch E-Mobilität

Vor allem die Elektromobilität und die Leichtbauweise in der Automobilindustrie bringen neue Chancen und Herausforderungen für die Branche mit sich. So hat eine vom BDG initiierte Studie herausgefunden, dass zwar manche Motor-Komponenten für die Gießerei-Unternehmen durch die neuen Antriebskonzepte wegfallen werden, die Gussproduktion insgesamt für Hybrid- und Elektro-Antriebe jedoch erst einmal zunehmen wird.

Und auch hier kommt wieder die Additive Fertigung ins Spiel. Gerade bei Elektromobilen spielt das Thermomanagement sowohl des Motors als auch der Batterie eine große Rolle. Die notwendigen Temperierkanäle kommen aus der Gießerei. „Dafür sind komplexe Hohlräume notwendig, die sich durch Umformen oder Schweißen nicht herstellen lassen“, erklärt Troglio. Die additive Fertigung liefere hier zusätzliches Potential zur optimalen Gestaltung der neuen Komponenten.

Vom Spin-off zum globalen führenden Hersteller

Wie sich ein Start-up zum großen Player weiterentwickeln kann, zeigt voxeljet. Die Firma arbeitet mit Inkjet-Druckköpfen, die den Bürodruckern durchaus ähneln. Davon lassen sich industrielle Druckmodule aneinanderreihen, um sowohl die Druckraten zu erhöhen als auch die Bauräume zu vergrößern. Aktuell liegt das Maximum hier bei acht Kubikmetern. „Dafür brauchen wir etwa zwei Tage“, erklärt King. Allerdings läuft das „Auspacken“ der Teile und das Entfernen von unverdrucktem Sand noch von Hand. Noch. Denn wenn es nach den Bayern geht, hat das bald ein Ende. Auf der Messe GIFA Ende Juni in Düsseldorf will das einstige Spin-off der Technischen Universität München ein neues Konzept vorstellen.

Konkret geht es dabei um Wassermantelkerne. Mit ihnen werden in der Gießerei Zylinderköpfe abgegossen. Um sie in Serie mittels additiver Fertigung zu produzieren, entwickelte das Unternehmen eine noch leistungsfähigere Druckkopf- und Beschichtungseinheit. Statt 50 Sekunden Schichtzeit sind es jetzt fünf Sekunden.

Nach dem Druck bleibt zwischen den gedruckten Kernen loses Material aus Quarzsand übrig. Das wird jetzt, dank gemeinsamer Partner, per Sauger und Druckluft vollautomatisch abgesaugt beziehungsweise weggeblasen. Ein Roboter säubert und entnimmt dann die Teile, die Maschine wird neu gerüstet und startet den Prozess von vorne. „Ein Meilenstein für die additive Industrie“, ist King überzeugt.

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