Im Vergleich zu
Im Vergleich zu pulverbasierten Verfahren arbeitet Additive Friction Welding mit kostengünstigem und breit verfügbarem Halbzeugmaterial. Bild: Weisser Zu den Stärken des MPA-Verfahrens gehören innen liegende Kühloder Heizstrukturen sowie Materialkombinationen – etwa Stahl und Kupfer. Bild: Hermle Die Kombination spanender und additiver Prozesse ermöglicht Produkte, die konventionell nicht herstellbar wären, wie dieses Hydrodehnspann - futter im Miniformat. Bild: Mapal scher Natur, so nutzen inzwischen immer mehr Fertigungsbetriebe additive Verfahren. Sie haben erkannt, dass sie damit Mehrwerte generieren können. Ein Beispiel: Dem Präzisionswerkzeughersteller Mapal ist es gelungen, Hydrodehnspannfutter im Miniaturformat herzustellen. Sie erfüllen alle Anforderungen hinsichtlich Wuchtgüte, Versorgung mit Kühlschmierstoffen und Handling. Um perfekte Rundlaufgenauigkeit zu gewährleisten, sind innovative Spannkammersysteme integriert, die konventionell nicht herstellbar wären. Andere Produkte der Aalener, die vom Additive Manufacturing profitieren, sind Leichtbauwerkzeuge mit innen liegenden Hohlstrukturen oder Bohrer mit optimierten Kühlkanälen. Bewusstsein für Verfahrensstärken schärfen Mapal-Chef Dr. Jochen Kress und Patrick Diederich von DMG Mori sind sich jedoch einig: Der noch immer relativ teure und zeitaufwändige „3D-Druck“ sollte nur dort eingesetzt werden, wo er einen Zusatznutzen generiert. Alles andere wird weiterhin konventionell bearbeitet. Diederich betont zudem: „Um den Schritt von der Prototypen- und Kleinserienfertigung zur Serienproduktion zu schaffen, ist es essenziell, additive Verfahren noch stärker in bestehende Systeme und Prozessketten zu integrieren.“ Eine zentrale Rolle spielt dabei natürlich die Wirtschaftlichkeit der Gesamtprozesse. Doch das Optimum lässt sich hier nur erreichen, wenn es gelingt, das Bewusstsein der Entwickler und Fertigungsspezialisten dafür zu schärfen, was die einzelnen Verfahren können und was nicht. Sie müssen lernen, klassische und moderne Technologien zu kombinieren und dabei auch Disziplinen ins Blickfeld nehmen, die den Konstrukteur alter Schule bislang – wenn überhaupt – nur am Rande beschäftigten. Die Bionik etwa. Generell sind additive Fertigungsverfahren prädestiniert für hochwertige Produkte. Oder für Bauteile, die sehr schnell realisiert werden sollen. Aber auch in der Reparatur oder der Nachfertigung bieten sie große Potenziale. So ist es beispielsweise möglich, Ersatzteile nach Bedarf zu produzieren, statt sie in Lagern vorzuhalten. Zukunftsorientierte Anwender als Treiber DMG Mori hat laut Patrick Diederich inzwischen über 150 additive oder hybride Maschinen in den Märkten positioniert, 80 % davon bei Industriekunden. Vor allem die USA, Europa und Japan hätten sich als Kernmärkte etabliert. „Mit unseren vier Prozessketten, die additive und spanende Fertigung kombinieren, forcieren wir unser globales Engagement in diesem Bereich.“ Gerade zukunftsorientierte Branchen mit hohem Wettbewerbsdruck seien ständig auf der Suche nach innovativen und wirtschaftlichen Fertigungsmöglichkeiten und damit oft auch Treiber neuer Technologien. Je nach Anwendung bietet der japanischdeutsche Maschinenbauer verschiedene Prozessketten, die den Materialaufbau mittels Pulverdüse oder im Pulverbett mit dem Fräsen oder Drehen kombinieren: • Die Lasertec 3D Hybrid-Baureihe vereint das Laserauftragsschweißen und spanen- Verfahrensgerecht konstruieren Um die Potenziale zu heben, die durch die neuen Gestaltungsmöglichkeiten entstehen, müssen aufbauende und spanende Verfahren clever kombiniert und die Bauteile oder Komponenten verfahrensgerecht gestaltet werden. Von Entwicklern und Konstrukteuren ist Kreativität und neues Denken gefragt. Sie müssen die Stärken und Grenzen der einzelnen Technologien kennen, um sie bestmöglich einsetzen zu können. Weil generative Verfahren frei geformte und belastungsoptimierte Strukturen erlauben, gewinnt zudem das Know-how aus anderen Wissenschaftsdisziplinen – etwa der Biologie – an Bedeutung. Aber auch die Energie- und Ressourceneffizienz lässt sich durch die Kombination der Verfahren verbessern. Wo heute noch aus dem Vollen gespant wird, können Strukturen künftig konturnah aufgebaut und nur noch spanend fertigbearbeitet werden. Insofern wird es künftig weniger darum gehen, Einzelprozesse wie das Fräsen zu optimieren, vielmehr muss der Gesamtprozess das bestmögliche Ergebnis liefern. Beispiel eines Bauteils – links klassisch konstruiert, rechts verfahrensgerecht gestaltet. Bild: Autorin 42 Industrieanzeiger 31.18
technik & wissen Mittels Wire Arc Additive Manufacturing lassen sich große Teile konturnah aufbauen. Das reduziert das zu zerspanende Volumen. Bild: Addilan des Bearbeiten. In einer Aufspannung entstehen fertige Bauteile, auch als Multimaterialanwendung. Höhere Bauraten als im Pulverbett erlauben größere Teile. • In der Lasertec 65 3D, einer reinen Laserauftragsmaschine, können Bauteile aufgebaut oder repariert werden. Sie ergänzt spanende Maschinen in denen Vor- oder Nacharbeiten erfolgt. Bei 40 % geringerem Platzbedarf bieten sie 40 % größere Verfahrwege als die Hybridmaschine. • In der Pulverbettmaschine Lasertec SLM entstehen kleine, filigrane Bauteile hoher Komplexität. Auch reaktive Materialien wie Titan oder Aluminium können hier verarbeitet werden. Das Replug-Pulvermodul ermöglicht den kontaminationsfreien Werkstoffwechsel in unter 2 h. Die Spezialisten von DMG Mori haben in den letzten Jahren neben der Schnelligkeit und Präzision der Prozesse auch den Pulververbrauch, die Ergonomie und die Prozesssicherheit optimiert. Als durchgängige Software-Lösung unterstützt das Bedien- und Steuerungssystem Celos den Nutzer. Doch nicht nur DMG Mori arbeitet daran, die Prozesse zuverlässiger und leichter beherrschbar zu machen. Trumpf zeigt vom 13. bis 16. November auf der Frankfurter Messe Formnext Lösungen, die bisher händische Abläufe im Arbeitsraum der Pulverbettmaschine TruPrint 5000 automatisieren. Außerdem werden zwei neue Prozessüberwachungsverfahren vorgestellt: Powder Bed Monitoring und Melt Pool Monitoring überwachen die Bauteilqualität bereits während des Druckvorgangs. Damit kommt Trumpf nach eigener Aussage dem Ziel, mittels 3D-Druck vollständig automatisiert zu fertigen, einen großen Schritt näher. Ein skalierbares System, das die Metallteilefertigung durch vereinfachte Arbeitsabläufe nachhaltig verändern soll und nahtlose Bauteile bis zu einer Größe von 500 mm x 500 mm x 500 mm bei geringeren Gesamtbetriebskosten herstellen kann, hat GF Machining Solutions gemeinsam mit Partner 3D Systems entwickelt. Der modulare Aufbau des DMP Factory 500 ermöglicht den Dauerbetrieb aller Elemente für den 3D-Metalldruck und das Pulvermanagement. Das Ziel dabei: die Verfügbarkeit, den Durchsatz und den operativen Wert maximieren. Gemeinsam wollen die beiden Partner automatisierte Lösungen entwickeln, um additive Technologien nahtlos in die Prozesskette der Fertigung zu integrieren und Abläufe zu vereinfachen. Auch Frässpezialist Hermle arbeitet bei seinem MPA-Verfahren mit pulverförmigen Werkstoffen. Das thermische Spritzverfahren wurde speziell für den Aufbau großvolumiger Werkstücke optimiert. Die Auftragseinheit ist in ein 5-Achsen-Fräszentrum der Gosheimer integriert. So entsteht ebenfalls Industrieanzeiger 31.18 43
