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cav TREND ACHEMA PERSPEKTIVEN Bild: Carlo Toffolo – Fotolia Emaillierte, 3-D-gedruckte Bauteile für die chemische Verfahrenstechnik TRADITION TRIFFT MODERNE Technische Emaillierungen sind eine hervorragende Lösung zum Schutz von me tallischen Oberflächen vor chemischer Korrosion und zum Erzielen einer hohen Oberflächengüte und guter Reinigbarkeit. Neue Anwendungen dieser traditions reichen Oberflächentechnik entstehen duch deren Nutzung bei additiv gefertigten, 3-D- gedruckten Bauteilen. cav sprach mit Dr. Jürgen Reinemuth, Gesellschafter der Thaletec GmbH, über die Verbindung dieser Technologien. 24 cav 02-2018
Die additive Fertigung ist aktuell im Trend. Mit welchem Verfahren werden Bauteile gefertig, die sich für eine Emaillierung eignen? Dr. Reinemuth: Bei der additiven Fertigung mit metallischen Werkstoffen werden Bauteile auf der Basis von 3-D-Konstrukruktionsdaten mithilfe eines oder mehrerer Laser schichtweise in einem Pulverbett generiert. Das als Selective Laser Melting (SLM) bezeichnete Verfahren kann mit einem schichtweisen Auftragsschweißen unter einer Schutzgasatmosphäre verglichen werden. Welche Bauteile lassen sich auf diesem Weg erzeugen? Dr. Reinemuth: Aufgrund des Herstellungsverfahrens sind Fertigungsgrenzen, die aus der konventionellen spanenden Fertigung bekannt sind, kaum noch gültig. Beispielsweise müssen additiv gefertigte Kanäle nicht mehr kreisrund sein wie das bei Bohrungen der Fall ist, sondern können eine weitestgehend beliebige Form annehmen. Auch die äußere Geometrie von Bauteilen ist in weiten Grenzen frei gestaltbar, ohne dass Einschränkungen bezüglich Zugänglichkeit für Bearbeitungswerkzeuge beachtet werden müssten. Damit eignet sich die additive Fertigung besonders für verfahrenstechnische Bauteile, die beispielsweise folgenden Merkmale auf - weisen: • komplexe äußere Geometrie, die z. B. im Hinblick auf Strömungsgesichtspunkte hin gestaltet wurde • innere Strukturen und Geometrien in Form von Kanälen oder Hohlräumen, die zum Beispiel für die Übertragung von Wärme genutzt werden können • Integration mehrerer technischer Funktionen in ein Bauteil, wodurch Dicht- und Fügeflächen vermieden werden können • variierende Werkstoffeigenschaften, z. B. gezielt eingebrachte Porositäten, um Katalysatoren aufzunehmen oder Begasungs - prozesse durchzuführen „ Pilotprojekte mit Dienstleistern, die sich auf die Entwicklung additiv gefertigter Bauteile spezialisiert haben, qualifiziert die eigenen Konstrukteure sehr schnell.“ Welche weiteren Vorteile bietet die additive Fertigung? Dr. Reinemuth: Der Weg vom konstruierten Bauteil oder der Baugruppe hin zum fertigen und verwendbaren Bauteil ist im Vergleich zur konventionellen Fertigung deutlich kürzer und schneller. Damit sind Bauteile in der Regel schneller verfügbar. Die im Rahmen einer Verfahrensoptimierung oftmals erforderlichen Variationen des Bauteils wie unterschiedliche Strömungsquerschnitte, andere Abmessungen etc., sind schnell und mit überschaubarem Aufwand additiv herstellbar. Insbesondere die Herstellung kleiner Stückzahlen bis hin zum optimierten Einzelstück ist bei Verwendung der additiven Fertigung oftmals schneller und preiswerter als beim konventionellen Fertigen. Welche Grenzen hat das additive Verfahren? Dr. Reinemuth: Grenzen ergeben sich zum einen durch den Bauraum der aktuell verfügbaren Selective-Laser-Melting-Anlagen. Große Bauteile mit Abmessungen über 800 mm in einer Achse sind heute nicht additiv in einem Stück herstellbar, können jedoch mithilfe konventioneller Fügeverfahren ohne Weiteres gefertigt werden. Übliche Bauteilgrößen bewegen sich heute im Bereich von 280 x 280 x 300 mm. Zum anderen ist die Auswahl der zur Verfügung stehenden Werkstoffe noch sehr eingeschränkt, obwohl für Bilder: Thaletec Dr. Jürgen Reinemuth, Gesellschafter Thaletec GmbH und Jurec Dr. Juergen Reinemuth Consulting verfahrenstechnische Anwendungen wichtige Werkstoffklassen wie rostfreie Stähle, z. B. 1.4404, 1.4301, und chemisch beständige Nickelbasislegierungen, z. B. Inconel 728, NiCr19NbMo, bereits zur Verfügung stehen. Darüber hinaus sind die Anforderungen und die Vorgehensweisen, die eingehalten werden müssen, um drucktragende und nach Druckgeräterichtlinie zu zertifizierende Bauteile additiv zu fertigen, noch nicht allgemeingültig geklärt und formuliert. Hat Thaletec additiv gefertigte Bauteile im Programm? Dr. Reinemuth: Thaletec hat bereits mehrere Produkte entwickelt, unter anderem in Zusammenarbeit mit dem Ingenieurbüro Jurec, die mittels 3-D-Druck gefertigt werden. Eines der Produkte ist ein statischer Mischer, mit dem sich flüssige, aber auch hochviskose Medien innerhalb eines Rohrleitungssystems auf kleinstem Raum vermischen und gleichzeitig beheizen oder kühlen lassen. Darüber hinaus bietet Thaletec eine Begasungsdüse mit teilporöser Ober - fläche zum Einmischen von Gasen in Flüssigkeiten und einen Hochdruckreaktor mit integrierter Heiz- bzw. Kühlschlange. Welche Besonderheiten weist der statische Mischer auf? Dr. Reinemuth: Das integrierte System arbeitet nach dem Prinzip des Helix-Mischers mit spiralförmigen Mischelementen, ist innen hohl und kann von einem Thermofluid, z. B. Wasser oder Wärmeträgeröl, durchflossen werden. Die Wandung ist sehr dünn ausgeführt, um einen optimalen Wärmedurchgang zu ermöglichen. Die innen hohlen, dünnwandigen Mischelemente aus Edelstahl können ausschließlich additiv hergestellt werden. Die einzelnen Mischelemente werden auftragsbezogen additiv gefertigt und dann zum Mischer verschweißt. Die Anschlüsse an den Rohrenden sind ebenfalls additiv gefertigt und strömungsgünstig ausgeführt. Um Wärmedehnungen auszugleichen, wurde ein Kompensator (Faltenbalg) in einen der Anschlussköpfe integriert. Die spiralförmigen Mischelemente werden in Abhängigkeit von der Mischaufgabe dimensioniert und ausgelegt. Die additive Fertigung ermöglicht dabei eine schnelle und individuelle Anfertigung der einzelnen spiralförmigen Mischelemente. Was zeichnet den 3-D-gedruckten Hochdruckreaktor aus? Dr. Reinemuth: Für die Fertigung des Hochdruckreaktors gilt im Wesentlichen dasselbe wie für den Mischer. Für die Untersuchung chemisch aggressiver, toxischer und explosiver Stoffgemische war cav 02-2018 25
