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3D-Metalldruck Von der Additiven Maschine bis zur Hybridanlage

Autor / Redakteur: Eric Herrmann / Simone Käfer

OR Laser entwickelt sowohl 3D-Drucker als auch Hybridanlagen für den Metalldruck. Einige davon sind auf der Metav 2018 zu sehen.

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Die Hybridmaschine Creator hybrid von OR Laser druckt im SLM-Verfahren und geht dann über zum Fräsen. Der Fräskopf kann sogar innen liegende Konturen, Unterschnitte und Kühlkanäle bearbeiten.
Die Hybridmaschine Creator hybrid von OR Laser druckt im SLM-Verfahren und geht dann über zum Fräsen. Der Fräskopf kann sogar innen liegende Konturen, Unterschnitte und Kühlkanäle bearbeiten.
(Bild: OR Laser)

Die Vorteile des industriellen 3D-Drucks sind mittlerweile gut dokumentiert und beschrieben. Sie bringen wirtschaftliche Gewinne, da mit ihnen leichtere und dennoch stabilere Produkte herstellbar sind. Gleichzeitig werden weniger Baugruppenteile produziert und teure Werkzeuge fallen weg. Dennoch sind die Kosten hinsichtlich Erwerb und Betrieb von Anlagen für die Additive Fertigung speziell für klein- und mittelständische Unternehmen (KMU) immer noch eine beträchtliche Hürde.

Genau diesen Aspekt hatte man bei OR Laser vor über drei Jahren im Blick, als man begann, neue Plattformen zur additiven Herstellung von Metallteilen zu entwickeln. Ziel war es, kostengünstige Anlagen auf den Markt zu bringen, ohne Einschränkungen in der Qualität der herstellbaren Teile hinnehmen zu müssen. Erstes Ergebnis dieser Arbeit war der OR Las Creator, der Ende 2016 der Öffentlichkeit vorgestellt wurde. Da man bei der Entwicklung speziell auf KMU eingehen wollte, verspricht nun der Hersteller einen wirtschaftlichen Einstieg zu weniger als den halben Kosten vergleichbarer Systeme bei unverminderter Qualität und höheren Bauraten. Unter anderem ruht das Ergebnis auf den über 20 Jahren Erfahrung in der Entwicklung und Herstellung von Laseranlagen zum Laserschweißen, Lasergravieren, zur Beschichtung und zum Laserschneiden.

Additive Fertigung mit dem DMD-Verfahren

Im Bereich der Additiven Fertigung bietet das Unternehmen mit seinen Anlagen für das 3D-Metalldruck-Verfahren

bereits seit Jahren kommerziell einsetzbare Lösungen. In Kooperation mit dem Fraunhofer-Institut für Lasertechnik wurde eine innovative Pulverdüse für die Diodeline-Reihe, wie den OR Las Cube, entwickelt.

Der OR Las Cube arbeiet im DMD-Verfahren mit einer speziellen Pulverdüse.
Der OR Las Cube arbeiet im DMD-Verfahren mit einer speziellen Pulverdüse.
(Bild: OR Laser)

Durch den Einsatz von DMD kann die Prozessgeschwindigkeit im Vergleich zu manuellem Laserauftragschweißen um 250 bis 330 % gesteigert werden. Mittels der Pulverauftragdüse lassen sich die neuen, AM-2.0-fähigen Laserschweißanlagen schnell und einfach aufrüsten, um damit vollautomatisiert metallische Schichten aufzutragen. Im Gegensatz zum konventionellen Laserauftragschweißen, bei dem der Materialauftrag mit Draht meist komplett manuell durch einen Schweißer ausgeführt werden muss, arbeitet das neue Verfahren vollautomatisiert und präzise und steigert somit die Produktivität.

Beim DMD-Verfahren wird Metallpulver aus einer Pulverdüse koaxial zum Laser auf eine bestehende Oberfläche aufgetragen. Das Verfahren ist vollständig automatisierbar und kann bereits an Anlagen mit einer Durchschnittsleistung um 300 W realisiert werden. Es ist auf dreidimensionalen Oberflächen anwendbar und bietet damit viele Applikationsmöglichkeiten: zur Oberflächenveredelung, Formmodifikation und -änderungen oder um beschädigte Umform-, Stanz- und Spritzgusswerkzeuge wieder in einen neuwertigen Zustand zu versetzen.

Additive Fertigung per SLM

Aus dieser Erfahrung und Expertise heraus wurde das Betätigungsfeld um das pulverbettbasierte SLM-System OR Las Creator erweitert. Die Anlage zeichnet sich unter anderem durch eine Baukammer mit einem neuen Beschichtungskonzept aus, die für einen beschleunigten und reibungslosen Betriebsablauf sorgen soll und damit für erhöhte Produktionsgeschwindigkeiten. Dadurch können Bauteile um rund 30 % schneller gefertigt werden als mit vergleichbaren Anlagen auf dem Markt. Betrieben wird das System mit einem 250-W-Faserlaser, der durch seine Strahlqualität und Leistungsstabilität für gleichbleibende Prozessbedingungen sorgt. So ist eine besonders hohe Auflösung erzielbar, was zu einer höheren Bauteildichte und besseren Oberflächenqualität führt.

Additive Fertigung mit hybrider Technik

Auf der Formnext 2017 präsentierte OR Laser mit dem OR Las Creator hybrid bereits die konsequente Weiterentwicklung des Creators, der 3D-Druck und eine Fräsbearbeitung von Bauteilen in ein und derselben Anlage ermöglicht. Das System kombiniert dabei den Prozess des 3D-Drucks mit der Präzision computergesteuerter industrieller Fräsprozesse und verbindet so die gewohnte Genauigkeit und die daraus resultierenden hochwertigen Oberflächen der zerspanenden Verfahren mit dem Potenzial des 3D-Drucks.

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Dabei geht der Creator hybrid über die Möglichkeiten der klassischen Fräsbearbeitung hinaus. Anders als bei traditionellen Verfahren können Strukturen und Oberflächen durch den Fräskopf bearbeitet werden, die normalerweise nicht erreichbar sind, wie innen liegende Konturen, Unterschnitte oder verborgene Kühlkanäle. Die Hybridmaschine bietet alle 3D-Druck-Eigenschaften ihres älteren Bruders: eine Laserleistung von 250 W bei einem Spot von 40 μm, Laserbearbeitungsgeschwindigkeiten von 3500 mm/s, einen Durchmesser der Bauplattform von 110 mm und eine maximale Bauteilhöhe von 100 mm.

Die Steuerung beider Anlagentypen erfolgt Tabletbasiert. Dabei ist die Überwachung und Anpassung aller wichtigen Prozessparameter während des Druckprozesses sowie Cloud Manufacturing von jedem Ort aus möglich. Um den 3D-Drucker als Stand-alone-Anlage betreiben zu können, liefert OR Laser eine Komplettlösung aus Maschine, Betriebssoftware und Schnittstellenentwicklung. Dadurch entfallen zusätzliche Kosten und eine einfache Integration ist gewährleistet.

* Eric Herrmann ist im Marketing bei O. R. Lasertechnologie in 64807 Dieburg, Tel. (060 71) 2 09 89-38, e.herrmann@or-laser.de

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