Selektives
Selektives Laserschmelzen im Pulverbett ermöglicht filigrane Freiformen beschränkter Größe. Unter den additiven Verfahren beträgt sein Marktanteil rund 80 %. Bild: Trumpf ein hybrider Prozess aus Materialauftrag und Zerspanung, der mehrere hundert Kilogramm schwere Bauteile erzeugen kann. Zu den Spezialitäten des Verfahrens gehört der Aufbau massiver Körper mit innen liegenden Kühlkanälen oder Heizelementen. Das qualitativ hochwertige Gefüge kann aus unterschiedlichen Metallen bestehen. Verarbeitet werden können derzeit verschiedene Warm- und Kaltarbeitsstähle, rostfreie Edelstähle sowie Schwermetalle wie Reineisen, Reinkupfer oder Bronze. Das potenzielle Anwendungsfeld ist zwar breit, bislang liegt der Schwerpunkt jedoch im Werkzeug- und Formenbau. Die mittels MPA hergestellten Werkzeugkomponenten ermöglichen eine hocheffiziente Temperierung im Spritzgießprozess. Bei realisierten Kundenprojekten wurden laut Hermle bereits um mehr als 25 % verkürzte Abkühlzeiten erreicht. Aufbauend auf vorgefertigte Rohteile müssen in der Regel weniger als 20 % des Bauteilvolumens generativ erzeugt werden. „Der Prozess läuft sehr zuverlässig, allerdings müssen enge Parameterfenster eingehalten werden“, sagt Franz-Xaver Bernhard. Das zu beherrschen erfordere derzeit noch viel Expertenwissen, begründet der Entwicklungsvorstand, weshalb Hermle das Verfahren bislang nur als Dienstleistung anbietet. Wenn in der additiven Fertigung Pulverwerkstoffe aus Kosten- oder Sicherheitsgründen nicht in Frage kommen, bietet sich das drahtbasierte Laserauftragschweißen an. Das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT in Aachen hat dafür ein intelligentes Lasermodul entwickelt, das sich leicht in bestehende Prozessketten oder Werkzeugmaschinen integrieren lassen soll. Auf der Formnext stellen die Wissenschaftler das Modul LMD-W-20-L erstmals dem Fachpublikum vor. Gegenüber dem Laserauftragschweißen mit Pulver ist das Verfahren laut den Aachenern deutlich materialsparender und umweltverträglicher. Zudem eigne es sich wegen des gut handhabbaren Zusatzwerkstoffs Draht für die Integration in bestehende Fertigungsanlagen. Der LMD-W-Laserbearbeitungskopf soll sich mittelfristig dank seiner robusten Bauweise und intelligenten Sensorik auch mit Industrierobotersystemen kombinieren lassen. Ebenfalls auf festen Zusatzwerkstoff setzt Drehmaschinenhersteller Weisser bei seinem Additive Friction Welding (AFW). Das dem Reibschweißen verwandte Verfahren bringt funktionale Metallschichten auf metallische Bauteile auf. Zu seinen besonderen Merkmalen gehört, dass der Prozess schnell und kostengünstig unter Normal - Verfahren im Vergleich Bild: DMG Mori Bild: DMG Mori Bild: Autorin Bild: Autorin Bild: Weisser Verfahren SLM (Selective Laser Melting) – im Pulverbett erzeugt der Laser komplexe metallische Teile LMD (Laser Metal Deposition) – pulver- oder drahtförmiges Zusatzmaterial wird zu Strukturen aufgeschweißt WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing) – mittels Lichtbogen wird drahtförmiges Zusatzmaterial aufgeschweißt MPA (Metall Pulver Auftrag) – das thermische Spritzverfahren baut pulverförmige Werkstoffe auf AFW (Additive Friction Welding) – ein dem Reibschweißen ähnlicher Prozess trägt festes Zusatzmaterial auf Stärken Filigrane Bauteile hoher Präzision mit komplexen inneren Strukturen (Leichtbau, Medienführung), reaktive Materialien möglich Hybridprozess (additiv und spanend) möglich, höhere Bauraten, größere Bauteile, Multimaterialanwendungen, Reparaturen, Änderungen Mittlere bis große Bauteile, hohe Bauraten, vergleichsweise schneller und preiswerter Prozess, keine Pulverinfrastruktur erforderlich Hybrider Prozess, in einer Spannung zum Fertigteil, Multimaterialanwendungen, innen liegende Strukturen, hohe Gefügequalität Hybridprozess, hohe Auftragsrate, hohe Beschichtungshomogenität, Fertigen unter Normalatmosphäre, kostengünstiges Halbzeug Grenzen Bauteilgröße, Baurate, nur bedingt für Aufbau auf vorbearbeiteten Rohteilen geeignet Präzision, filigrane Strukturen, innen liegende Strukturen (für Leichtbau oder Medienführung) Präzision, Oberflächengüte, keine filigranen Strukturen/Hohlstrukturen/Hinterschnitte, Nacharbeit erforderlich Derzeit nur als Dienstleistung von Hermle erhältlich Präzision, Oberflächengüte, keine filigranen Strukturen/Hohlstrukturen/Hinterschnitte, Nacharbeit erforderlich 44 Industrieanzeiger 31.18
technik & wissen atmosphäre läuft. Beschichtungsmaterial und Werkstück werden induktiv erwärmt und der Zusatzwerkstoff durch den Reibvorgang mit dem Grundmaterial verbunden. Für filigrane Strukturen oder Hinterschnitte eignet sich das Verfahren zwar nicht, da das AFW-Modul in Drehmaschinen von Weisser integriert werden kann, sind Materialaufbau und Nacharbeit jedoch in einer Aufspannung möglich. Ein Anwendungsbeispiel sind Wellen aus einem leichten, preisgünstigen oder einfach zu bearbeitenden Grundwerkstoff, die nur an den nötigen Stellen mit einer harten, verschleißfesten oder korrosionsbeständigen Schicht aufgepanzert werden. Immer öfter auch für Großes Galten additive Verfahren lange Zeit für große Bauteile als nicht geeignet, so verschieben mittlerweile einige Entwicklungen die Grenzen nach oben. Das beginnt bei Pulverbettanlagen mit Multi-Lasersystemen, die mit mehreren Bearbeitungsköpfen deutlich höhere Bauraten realisieren, und reicht bis hin zu Verfahren wie dem Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM), bei dem drahtförmiges Material mittels Lichtbogen aufgeschweißt wird. Das Verfahren, dessen Spezialität größere Bauteile sind, ist vergleichsweise kostengünstig. Eine komplizierte pulverbedingte Infrastruktur entfällt. Zudem lässt sich der Prozess auf große Bauräume übertragen. Der spanische Anbieter Addilan gibt für seine WAAM-Maschine Vo.1 in der Standardausführung maximale Bauteilgrößen von 1200 mm x 800 mm x 500 mm an. Mit einer Auftragsrate von bis zu 6 kg/h können bis zu 300 kg schwere Teile generiert werden. Größere Abmessungen sollen auf Wunsch möglich sein. Im inerten Arbeitsraum können auch reaktive Materialien wie Titan oder Aluminium verarbeitet werden. Interessant ist das Verfahren beispielsweise, wo große Teile aus teuren oder schwer zerspanbaren Materialien bislang mit hohem Zerspananteil aus dem Vollen gefräst wurden. Diese Beispiele zeigen: Die Lösungsansätze für Additive Manufacturing in der Fertigung metallischer Funktionsteile sind breit. Und die Entwicklung schreitet rasant weiter voran. Doch für Patrick Diederich von Wenn zwischen Ihnen und uns mehr entsteht: Das ist der MAPAL Effekt. DMG Mori steht fest: Damit sich additive Prozesse in der Serienproduktion etablieren, müssen die Automatisierung vorangetrieben und die Prozesssicherheit weiter optimiert werden. Helfen werden dabei auch die digitale Vernetzung sowie das Erfassen und Managen von Daten mit Hilfe bedienerfreundlicher Apps, die den Anwender künftig noch stärker unterstützen werden. • Sie Präzise bis aufs μ machen in der Feinbearbeitung keine Kompromisse. Entdecken Sie jetzt Werkzeug- und Service-Lösungen, die Sie vorwärts bringen: www.mapal.com | Ihr Technologiepartner in der Zerspanung Wir liefern die Werkzeuglösung, die Ihre Anforderungen perfekt erfüllt. Industrieanzeiger 31.18 45
