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15.10.2012: Freiheit für die Geometrie (Report Toolcraft - Provvido

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WERKSTOFFE UND VERFAHREN

Generatives Metall-Laserschmelzen für zeitnahe Bauteillösungen

Freiheit für die Geometrie

Funktionsintegrierter Kühlmantel zur Aufnahme eines E-Motors aus

Inconel 718 (fräs- und drehtechnisch veredeltes Laserschmelzteil)

Mit zwei Anlagen für das Metall-Laserschmelzen

ergänzt Toolcraft sein Portfolio um ein

generatives, pulvermetallurgisches Verfahren.

Novum ist, formlos gefertigte Bauteile bei Bedarf

zerspan- und drehtechnisch zu veredeln.

Werkzeuglose Bauteile können nun binnen

weniger Tage hergestellt werden.

Nach erfolgreicher Einführung

von Metall-Laserschmelzen (Lasercusing)

im Jahr 2011 und

durch die zunehmende Beliebtheit

der Laserschmelzteile im

Kundenkreis ermutigt investierte

Toolcraft Anfang 2012 in eine

weitere Anlage von Concept Laser.

Gefertigt werden darauf Laserschmelzteile,

die in der Regel

zerspantechnisch veredelt werden.

„Dabei konzentrieren wir

uns derzeit auf so genannte

Kernmaterialien, die von unseren

Kunden aus dem Bereich Luftfahrt,

Motorsport und Medizin

gefordert werden“, erläutert

Christoph Hauck, einer der drei

Geschäftsführer von Toolcraft.

Zu diesen Kernmaterialien zählen

derzeit Aluminium- und Nickelbasislegierungen.

Das Pulver

Der Autor Guido Radig, Inhaber von

Provvido PR & Communications, Berg -

kirchen, erstellte den Beitrag nach Informationen

der Concept Laser GmbH,

Lichtenfels, und der MBFZ Toolcraft

GmbH, Georgensmünd

64

KEM 2012, Oktober

wird nach jedem Bauprozess in

einer externen Siebstation gesiebt,

um Verunreinigungen zu

entfernen und so eine gleich

bleibend hohe Bauteilqualität sicherstellen

zu können.

Alles in einem Schritt

Wesentliches Merkmal der Concept

Laser-Anlagen ist eine geschlossene

Stickstoff- oder Argon-Atmosphäre.

Auch im kompletten

Aufbau (Laserschmelzen

mit anschließender zerspantechnischer

Veredelung) sind funktionsintegrierte

Bauteile mög-

ANWENDERSTIMME

„Umdenken ist angesagt“

lich: So zeigt Hauck einen Kühlmantel

für einen E-Motor. Das

extrem kompakte Teil aus Inconel

718 verfügt über eine integrierte

Kühlung mit Zu- und Ablauf des

Kühlmediums, die den Motor vor

Überhitzung schützt. Die Kühlung

selbst wurde bei dem

schichtweisen Aufbau des Kühlmantels

in einem Fertigungsschritt

mitgebaut. Nach dem Laserschmelzen

fand eine fräs- und

drehtechnische Nachbearbeitung

der Konturen statt, wodurch

die Einhaltung der Toleranzen

sichergestellt wurde. Positiver

Nebeneffekt: Das Bauteil erhält

an den überfrästen Stellen

die gewohnte glänzende Oberfläche,

die dem Kunden vertraut

ist. „Die generative Technologie

eröffnet uns auch neue Entwicklungsoptionen“,

freut sich

Hauck. „Wir können nun in ganz

neuen Kategorien denken: Weg

von einer formgebunden Lösung

oder dem Fräsen aus dem Vollen,

Toolcraft-Chef Christoph Hauck: „Wir

denken in ganz neuen Kategorien: Weg von

einer formgebunden Lösung oder Fräsen

aus dem Vollen, hin zur nahezu freien

Geometrie. In diese Freiheitsgrade muss

sich ein Konstrukteur erst mal einfinden“

Der lasergeschmolzene

Kühlmantel

wird für das Fräsen

vorbereitet

hin zu einer nahezu freien Geometrie.

Das sind Freiheitsgrade,

in die sich ein Konstrukteur erst

mal einfinden muss.“ Die Kunden

sind zunehmend begeistert

von den neuen Möglichkeiten,

die sich auf der konstruktiven

Seite hinsichtlich Entwicklungsgeschwindigkeit,

Funktion oder

Leichtbau auftun.

Konstruktion 2.0

Beim Lasercusing entstehen im

Vergleich zu einem Druckgussverfahren

weniger Verzug oder

Lunker – im Ergebnis also weniger

Ausschuss und damit mehr

Qualität. Zudem ergeben sich

Kostenvorteile aus dem Verzicht

von Formen, mehr Geometriefreiheit

und deutlich kürzere Produktions-

und Entwicklungszeiten.

Christoph Hauck schätzt das

Potenzial der Stückkostenreduktion

auf 20 bis 30 %.

Gegenüber Frästeilen ergeben

sich oft weitere Vorteile: Grundsätzlich

kommt es zu Materialeinsparungen

mit teilweise erheblichen

Kostenvorteilen. Bei

einer Geometrie auf engstem

Raum, was dem Trend der Zeit

entspricht, geraten Fräsen oder

Drehen schnell an Grenzen. Sehr

komplexe, dünnwandige Strukturen,

wie in Gasturbinen oder

Sensoren, zählen daher zu den

Domänen des Laserschmelzens.

„Beim Lasercusing wird nur das

Material verbraucht, was auch


tatsächlich für das Bauteil benötigt

wird. Dies bedeutet eine

enorme Materialeinsparung,“ erläutert

Hauck. „Zudem können

nahezu alle Bauteilgeometrien in

nur einem Fertigungsschritt hergestellt

werden.“ Er sieht aufgrund

seiner Erfahrung mit unterschiedlichen

Teilen ein Einsparpotenzial

von 50 bis 85 %

gegenüber einer gefrästen Lösung:

„Das schlägt sich, je nach

Teilegeometrie, enorm bei den

Stückkosten nieder.“

Potenzial für die Zukunft

Schon die bisherigen Möglichkeiten

des Laserschmelzens revolutionierten

bei Toolcraft die Herangehensweise

an neue Projekte.

„Allein die Funktionsintegration

und Gestaltungsfreiheit erlauben

uns schon heute Lösungen,

die vorher undenkbar schienen“,

meint Hauck. So kann beispielsweise

mit dem Laserschmelzverfahren

im Vergleich

zu konventionellen Technologien

eine größere Oberfläche konstruiert

werden, die die Wärme

besser abführt. In Zukunft sieht

er noch reichlich Raum für neue

Ideen: Für Anwendungen im

Hochleistungsbereich werden

neue Superlegierungen ent-

HINTERGRUNDINFO LASERCUSING

Belastbare, präzise Bauteile

Per Lasercusing lassen sich

mechanisch und thermisch

belastbare metallische Bauteile

mit hoher Präzision erstellen.

Zum Einsatz kommen

Edel- und Werkzeugstähle,

Aluminium- oder Titanlegierungen,

nickelbasierte Superlegierungen,

Kobalt-Chrom-

Legierungen oder Edel -

metalle wie Gold- oder

Silberlegierungen.

Beim Lasercusing wird feines

pulverförmiges Metall durch

wickelt und zertifiziert. Das gilt

natürlich auch für hochfestes

Aluminium und andere Materialien,

die die Einsatzmöglichkeiten

auf Originalwerkstoffbasis verbreitern.

Auch bei den derzeit im

Einsatz befindlichen 400 Watt-

Faser-Lasern sieht Hauck bezüglich

Schichtstärken und -breiten

weitere Möglichkeiten, die Geschwindigkeit

beim generativen

Aufbau zu erhöhen. „Konstruktiv

besonders relevant wird es

sein, die Überhänge ohne Stützgeometrien

zu erhöhen. Sie liegen

derzeit bei rund 45°. Mittelfristige

Zielsetzung ist es, diese

Freiheit auf 30° voranzutreiben,“

gibt sich der Toolcraft-Chef optimistisch.

Auch sind Lasercusing-

Anlagen mit größeren Bauräumen

ein aktuelles Entwicklungsthema,

für das es zahlreiche Anwendungen

gibt. „Insgesamt

sind die Aussichten mehr als

hoffnungsvoll, um zukünftig

wettbewerbsfähig zu bleiben“,

so Hauck abschließend.“

Concept Laser,

Tel.: 09571 949-238,

E-Mail: info@concept-laser.de

Toolcraft, Tel.: 09172 6956-0,

E-Mail: christoph.hauck@

toolcraft.de

Per Lasercusing hergestellte Kraftstoffkomponente

einen hochenergetischen Faserlaser lokal aufgeschmolzen.

Nach dem Erkalten verfestigt sich das Material. Die Bauteil -

kontur wird durch Ablenkung des Laserstrahls mittels einer

Spiegelablenkeinheit (Scanner) erzeugt. Der Aufbau des

Bauteils erfolgt Schicht für Schicht (15 bis 60 µm) durch

Absenkung des Bauraumbodens, Neuauftrag von Pulver und

erneutem Schmelzen.

Die Besonderheit der Anlagen von Concept Laser ist eine

stochastische Ansteuerung der Slice-Segmente, die sukzessive

abgearbeitet werden. Das patentierte Verfahren sorgt für eine

signifikante Reduktion von Spannungen im Bauteil. Für eine

einteilige Herstellung steht derzeit ein maximaler Bauraum

von 300 mm x 350 mm x 300 mm zur Verfügung.

Kleben, Dichten,

Fördern

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