Voxeljet Vorteile des 3D-Drucks kommen bei jeder Gussform mit komplexem Kern zum Tragen

Redakteur: Jürgen Schreier

Die Präsentation der Forschungsergebnisse von Tom Mueller, Director Casting Applications (North America) bei Voxeljet, wurde auf der Gießereifachmesse Gifa 2015 mit dem „Best Paper Award“ ausgezeichnet. In seinen Untersuchungen fokussierte sich Mueller auf 3D-gedruckte Sandkerne mit komplexen und anspruchsvollen Geometrien und deren Verhalten während des Gießens. Im folgenden Interview gibt er einen kurzen Überblick über den aktuellen Stand der Forschung.

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Tom Mueller, Voxeljet: „Zum jetzigen Zeitpunkt lässt sich sagen, dass es nur wenige Einschränkungen gibt. Wir können Kerne drucken, die mit dem herkömmlichen Kernherstellungsverfahren gar nicht erzeugt werden können.“
Tom Mueller, Voxeljet: „Zum jetzigen Zeitpunkt lässt sich sagen, dass es nur wenige Einschränkungen gibt. Wir können Kerne drucken, die mit dem herkömmlichen Kernherstellungsverfahren gar nicht erzeugt werden können.“
(Bild: Voxeljet)

Herr Mueller, was war die Hauptmotivation für Ihre Untersuchungen?

Mittelgroße Sandkerne mit einer hohen Festigkeit haben sich bereits seit mehreren Jahren in der Praxis bewährt. Auch die Tatsache, dass Gieß- und Entlüftungskanäle gleich mitgedruckt werden können, wird von Konstrukteuren immer mehr berücksichtigt. Doch gerade lange und dünne Sandkerne wurden bisher auf Festigkeiten und Abgussverhalten nicht ausreichend untersucht. Mit steigenden Anforderungen wächst jedoch der Bedarf für geometrisch anspruchsvolle Kerne in der Industrie. Und gerade über deren Eigenschaften ist während des Gießverfahrens nur sehr wenig bekannt. Vor allem beschäftigte mich die Frage, ob diese einerseits stark genug sind den Belastungen standzuhalten und andererseits die erzeugten Gase ausreichend abführen können.

Die Vorteile des industriellen 3D-Drucks liegen gerade in der Realisierung komplexer Geometrien. Gibt es denn auch Grenzen bezüglich der Geometrie von Sandkernen?

Zum jetzigen Zeitpunkt lässt sich sagen, dass es nur wenige Einschränkungen gibt. Wir können Kerne drucken, die mit dem herkömmlichen Kernherstellungsverfahren gar nicht erzeugt werden können. Einzige Bedingung ist, dass wir das lose Material, sei es mit Druckluft oder industriellen Saugern, aus den gedruckten Kernen entfernen können. Indem der 3D-Druck „am Stück“ erfolgt, müssen Gussformen oder Kernpakete nicht als Einzelteile gefertigt und am Ende aufwendig zusammengesetzt werden. Den klassischen Werkzeugbau werden wir dadurch nicht ersetzen, können ihn aber sinnvoll ergänzen. Somit können Kernversätze und Einschlüsse zwischen den Kernen deutlich reduziert werden. Mithilfe dieser Untersuchungen können wir nachweisen, dass es auch möglich ist, kleinere und komplexe Kerne mit einer ausreichenden Entlüftung zu realisieren.

In welchen Bereichen lässt sich dieses Wissen anwenden?

Im Prinzip können die Vorteile des 3D-Drucks bei jeder Gussform zum Tragen kommen, die einen komplexen Kern hat. Zylinderköpfe benötigen beispielsweise bei der Produktion zahlreiche Kerne pro Gussform: typischerweise einen Kern für jede Ansaug- und Abgasöffnung, einen für den Wassermantel, einen für den Ölkreislauf und oft einen für die Brennkammern. Die Fähigkeit, sie alle in einem Stück drucken, macht aufwändige Montage- und Säuberungsarbeit überflüssig. Der wissenschaftliche Nachweis, dass sich auch kleinere Sandkerne beim Gießen angemessen verhalten, erlaubt uns die Größe bestimmter Kerne zu reduzieren. Wir werden außerdem in der Lage sein, Kerne mit Lüftungskanälen zu drucken. Die Größe der Lüftungskanäle kann ebenfalls verkleinert und dadurch optimiert werden.

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