additive 1.2019

DEN KÜHLKÖRPER
HÄTTEN WIR AN EINEM STÜCK NUR ÜBER DEN KONVENTIONELLEN FORMENBAU ABBILDEN
KÖNNEN. DER DIREKTE METALLDRUCK KAM ZUM EINEN WEGEN DER GRÖßE, ZUM ANDEREN
ABER INSBESONDERE DURCH SEINE ENORMEN KOSTEN NICHT IN FRAGE. EIN GEDRUCKTES
PMMA-MODELL WAR IN DIESEM FALL DIE OPTIMALE LÖSUNG.“
Paul Leonard, Vice President, Aristo Cast Inc.
manuelle Arbeit sowie teure Spritzgusswerkzeuge und
Wachspressen sind erforderlich, um Wachslinge für die
Gussformen zu bauen. In der Vergangenheit vergingen
nicht selten Wochen, bis Cree erste Teile in den Händen
hielt. Zudem ließen sich längst nicht alle Geometrien
realisieren, da der klassische Formenbau die Gestaltungsfreiheit
der Konstrukteure einschränkte.
Diese Einschränkungen wollte Aristo Cast dem Kunden
nicht länger zumuten und etablierte deswegen eine
Alternative: die VX1000 von Voxeljet. Ein 3,5 Tonnen
schweres 3D-Drucksystem mit einem 1000 x 600 x 500
Millimeter großen Bauraum und einem effektiven Bauvolumen
von 300 Litern.
Nachdem das additive Verfahren lediglich CAD-Daten
benötigt, entstehen mithilfe des 3D-Drucks nun
komplexe Modelle neuartiger Kühlkörper werkzeuglos
am Bildschirm. Diese, in PMMA gedruckten CAD-
Daten werden anschließend von Aristo Cast direkt zu
Gussteilen weiterverarbeitet, was die Entwicklung bei
Cree stark optimiert und zudem neue, vorher nur
schwierig vorstellbare Designs ermöglicht – denn dem
Designer sind dabei nahezu keine Grenzen gesetzt.
Der konkrete Vorteil 3D-gedruckter Kühlkörper liegt
in deren möglichst effizienter Gestaltung, was meist ein
komplexes Design mit sich bringt, um die LEDs bestmöglich
zu kühlen. Je komplexer also der Kühlkörper,
desto langlebiger und effizienter die LED – also ideale
Voraussetzungen für die Verwendung des 3D-Drucks.
Mit 3D-Druck in wenigen Stunden zu nahezu
beliebigen Gussformen
Mit dem VX1000-Drucksystem von Voxeljet gelingt die
Herstellung einer Gussform in wenigen Stunden. Aristo
Cast speist das 3D-Drucksystem lediglich mit einer
CAD-Datei, die den digitalen Konstruktionsplan des
Prototyps darstellt. Wenige Handgriffe später beginnt
der Druck des Positivmodells.
Im Inneren des 3D-Drucksystems fährt ein sogenannter
Beschichter auf Lineareinheiten über die Bauplattform
und breitet eine 150 Mikrometer dünne Pulverschicht
des Kunststoffs Polymethylmethacrylat
(PMMA) aus. Es folgt eine zweite verfahrbare Einheit,
die das Kunststoffpulver mit einem Bindemittel verklebt,
überall dort, wo die Feingussmodelle entstehen
sollen. Das unverdruckte Pulver lässt sich zu 100 Prozent
wiederverwenden. Anschließend senkt sich die
Bauplattform um eine Schichtstärke ab und der Prozess
beginnt von vorn. Der vertikale Baufortschritt dieses
Schichtbauverfahrens beträgt rund 18 Millimeter pro
Stunde. Das klingt gemütlich, ist aber schneller als der
klassische Formenbau, der bei komplexen Geometrien
nicht selten mehrere Wochen in Anspruch nimmt.
Ist der Druck fertig, überzieht Aristo Cast das Positivmodell
mit Wachs, um die Oberflächen zu versiegeln.
Das Modell wird anschließend mit mehreren Keramikschichten
ummantelt. Dann kommt es in den Ofen. Das
PMMA brennt ab 700 °C rückstandsfrei aus. Zurück
bleibt die fertige, keramische Positivform für den Feinguss
des Prototyps.
Der Druck des 43 x 43 x 11 Zentimeter großen und
1900 Gramm leichten Modells dauerte nur rund sechs
Stunden. Genau diesen Zeitvorteil nutzt Cree Inc., um
Prototypen von Kühlkörpern schneller herstellen zu
können. Durch das Nesting – das Stapeln der Bauteile in
einer sogenannten Jobbox – lassen sich sogar mehrere
Modelle gleichzeitig drucken. So können in knapp 24
Stunden acht dieser Modelle in nur einer Jobbox entstehen.
„Bei dieser Größe hätte die konventionelle Herstellung
Wochen gedauert“, erklärt Paul Leonard, Vice President
von Aristo Cast Inc. „Binder Jetting gibt uns bei
diesem Bauteil die Möglichkeit, die Modelle in kürzester
Zeit und mit erheblichen Kosteneinsparungen zu fertigen.“
Einen weiteren zeitlichen Vorteil bringt das Einsparen
von Keramikschichten. Durch den negativen Wärmeausdehnungskoeffizienten
des PMMA-Pulvers fallen
die Modelle beim Brennen der Keramik in sich zusam-
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