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Generative Fertigung

Verfahrenskombination von SLM und Gießen für großvolumige Bauteile

| Redakteur: Frauke Finus

Werkzeugeinsatz, hergestellt mit dem Kombinationsverfahren aus Selective Laser Melting und Gießen.
Werkzeugeinsatz, hergestellt mit dem Kombinationsverfahren aus Selective Laser Melting und Gießen. (Bild: Fraunhofer ILT)

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Mit dem Selektiven Laserschmelzen (Selective Laser Melting, SLM) lassen sich bislang eher kleinvolumige Bauteile kostengünstig herstellen. Nun hat das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT ein wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung massiver, großvolumiger Bauteile mittels SLM entwickelt, indem es SLM mit dem Fertigungsverfahren Gießen kombiniert.

Der Großteil aller Kunststoffbauteile wird durch Spritzguss hergestellt. Mit generativen Fertigungsverfahren wie dem SLM ist es möglich, die hierfür benötigten Werkzeugeinsätze mit komplexen konturnahen Kühlkanälen auszustatten. Diese ermöglichen das Erwärmen der Werkzeugform beim Einspritzen und das rasche und gleichmäßige Abkühlen der Schmelze für eine schnelle und verzugsfreie Fertigung. Die Herstellung großvolumiger Werkzeugeinsätze mit SLM ist allerdings sehr kostenintensiv, da die maßgeblichen Fertigungskosten vom Bauvolumen abhängen.

Wissenschaftler des Fraunhofer ILT haben daher in Zusammenarbeit mit dem Gießerei-Institut der RWTH Aachen University und Partnern aus der Industrie das SLM-Verfahren mit dem Gießverfahren kombiniert. Im Vorhaben Gen-Cast, vom BMBF im Rahmen der ZIM Initiative gefördert, haben die Projektpartner das notwendige Prozessverständnis erarbeitet und die Prozesskette für das Kombiverfahren entwickelt.

Kombiverfahren senkt Herstellungskosten von Werkzeugeinsätzen

Die Idee, die hinter der Kombination der Verfahren steckt, ist Folgende: Die Hülle des Werkzeugeinsatzes wird mit SLM aus Warmarbeitsstählen (1.2343 oder 1.2709) gefertigt. Dabei werden die Temperierkanäle mit komplexen Geometrien weiterhin genau dort eingebracht, wo sie zur Erwärmung oder Kühlung des Bauteils benötigt werden. Die so aufgebaute Werkzeughülle dient als Gussform, die in einem nachfolgenden Arbeitsschritt mittels Gießen mit Grauguss, zum Beispiel GJL200 oder hochwärmeleitfähigem Kupfer schnell und kostengünstig aufgefüllt wird. Gegenüber einem vollständig mit SLM hergestellten Bauteil lässt sich die Bauzeit bis 80% verringern. Je größer das Bauteil ist, desto mehr kommen die Vorteile dieses Kombiverfahrens zum Tragen. Bereits ab einer Baugröße von einem halben Liter kann das Verfahren sinnvoll eingesetzt werden.

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