KEM Konstruktion 05.2018

TRENDS
ADDITIVE MANUFACTURING
3D-Schweißverfahren beschleunigt additive Fertigungsprozesse
Passt wie gegossen
Additive Verfahren wie der 3D-Druck beschleunigen die Fertigungsprozesse in der Industrie. Bislang
nutzen 3D-Drucker hauptsächlich Kunststoff-Materialien. Doch inzwischen kommen auch zunehmend
Metalle zum Einsatz. OTC hat nun ein 3D-Schweißverfahren entwickelt, dass deutlich schneller arbeitet
als herkömmliche Lasersinterverfahren.
OTC hat mit dem SynchroFeed-Verfahren die
Palette additiver Fertigungsprozesse um das
3D-Metallschweißen erweitert
Die Digitalisierung von Fertigungsprozessen ist in großen Teilen
der Industrie weiter auf dem Vormarsch. CAD-Systeme haben
längst die Führung in der industriellen Produktion übernommen und
sind durch fortlaufende Perfektionierung nirgendwo mehr wegzudenken.
Dabei geht es hauptsächlich um subtraktive Verfahren wie
das Fräsen und Drehen, bei denen bis zu 90% Materialabfall entsteht,
bevor sich am Ende das gewünschte Ergebnis abzeichnet.
Additive Fertigungsprozesse indes bringen nur so viel Material in die
Produktion ein, wie auch effektiv benötigt wird. Während 3D-Drucker
für Kunststoffprodukte bereits für abwechslungsreiche Formgebungen
sorgen, ist die Auswahl an technischen Möglichkeiten im
Metallsektor bislang noch eingeschränkt.
SynchroFeed-Verfahren steuert Lichtbogen präzise
Die Basis für das etablierte Lasersintern oder Laserstrahlschmelzen
ist stets ein Metallpulver, das über den Laserstrahl verflüssigt wird,
um anschließend zu erkalten. Die Herstellung des gewünschten
Bauteils erfolgt schichtweise und kann mit der Qualität von herkömmlich
gegossenen Bauteilen in der Regel auch standhalten. Allerdings
eignen sich diese Verfahren vorwiegend für filigrane und
formatbegrenzte Formen. Die Palette der additiven Fertigungspro-
zesse wurde nun um die Möglichkeit des
3D-Metallschweißens erweitert: OTC Daihen
Europe aus Mönchengladbach hat sich das
eigene SynchroFeed-Verfahren* zunutze gemacht,
um – wie beim Schweißen üblich –
durch das Abschmelzen eines Werkstoffs zunächst
eine Trägerfläche aufzubringen und
diese anschließend Schicht für Schicht aufzubauen.
Wie auch bei allen anderen Prozessen
entsteht daraus am Ende ein physischer Körper
aus einem 3D-Programm. Das Verfahren
ist für die präzise Steuerung des Lichtbogens
sowie die Abschmelzung des Materials verantwortlich.
Andernfalls würde das Material
bei zu hoher Temperatur einfach abfließen –
bei zu niedriger Temperatur tritt die aufgebrachte
Lage metallurgisch nicht in Verbindung
mit der bereits geschweißten Lage darunter,
was ebenso von Nachteil ist. Es
kommt also bei der 3D-Schweißkonstruktion
auf die materialspezifische Wärmeeinbringung an. Bereits auf der
letzten Messe Schweißen & Schneiden wurde demonstriert, dass
dieser Prozess mit Aluminium unterbrechungsfrei zum gewünschten
Ergebnis führt. Bei der Fertigung größerer Objekte muss lediglich
die Kühlung an die jeweils aufgebrachte Lage angepasst werden.
Bei besonders festen Materialien wie Stahl kommt es darauf
an, mehr Energie in den Prozess einzubringen, diese aber auch
rechtzeitig wieder auszuleiten. Dabei darf das Material unter keinen
Umständen „überlaufen“, da es sonst zu schädlichen metallurgischen
Einflüssen oder Verbindungen käme. Es gilt also, das Material
nach Maßgabe einer entsprechenden Temperaturkurve rechtzeitig
abzukühlen. Eine besondere Herausforderung, der sich künftig auch
3D-Schweißkonstruktionen aus Edelstahl stellen müssen.
Bild: OTC
Vom Prototyp zur Kleinserie
Grundsätzlich bieten metallische 3D-Druckerzeugnisse besondere
Freiheiten in der Konstruktion, was hohe Materialeinsparungen mit
einschließt. Das robotergestützte SynchroFeed-Schweißverfahren
arbeitet im Aluminiumbereich mit einer Geschwindigkeit von 80 cm/
min. – Lasersinterverfahren dagegen operieren weitaus langsamer.
Vor allem liegt der Arbeitsbereich des Roboters bei etwa zwei Qua-
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