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3D-Druck beginnt im Gehirn: Konstrukteure müssen umdenken, um die immensen Möglichkeiten dieser jungen Fertigungstechnologie zu nutzen. Der Kühlschmierstoffsystem-Experte Grindaix hat das getan.

Die grosse Herausforderung beim Innenrundschleifen sind die beengten Platzverhältnisse zwischen Bauteil und Werkzeug. Hier eine mit konventionellen Fertigungsmethoden hergestellte Kühlschmierstoffdüse unterzubringen, die den Anforderungen entspricht, ist schwierig und bei sehr kleinen Öffnungen meist unmöglich. In der Praxis wird daher der zum Schleifen benötigte Kühlschmierstoff (KSS) vorsichtig von aussen eingespritzt. Das führt dazu, dass der Innenrundschleifprozess nur sehr langsam vonstattengeht, und birgt überdies das Risiko, dass zu wenig KSS an der Bearbeitungsstelle angelangt. Das Resultat sind höhere Taktzeiten und eine damit verbundene verringerte Produktivität sowie hohe Ausschussraten aufgrund thermischer Schädigungen am Bauteil.

Die Grindaix GmbH mit Sitz in Kerpen (D) ist spezialisiert auf die Optimierung und den Umbau von Kühlschmierstoff-Versorgungssystemen für Werkzeugmaschinen und entwickelt Lösungen, um Schleifbrand und die Verschwendung von Kühlschmierstoffen weitestgehend zu vermeiden. Um dieses Ziel zu erreichen, sind die Experten bei Grindaix auch offen für neue Fertigungstechnolo­gien. Das Thema 3D-Druck beschäftigt daher die Technologiefirma schon lange, um passgenaue, hocheffiziente und individualisierte Düsen für ganz spezifische Anwendungen beim Innenrundschleifen am Markt zu etablieren.

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Geht nicht, gibt’s nicht

Alles ist möglich: Das ist häufig der Tenor, wenn es um den 3D-Druck geht. Das stimmt prinzipiell, aber vor dem Fertigen eines Teils ist umfassendes Engineering-Know-how gefragt, damit das, was der 3D-Drucker Schicht für Schicht aufbaut, auch seinen Zweck erfüllt. Dieses Fachwissen in eine 3D-Druck-gerechte Konstruktion einfliessen zu lassen, ist gar nicht so einfach. Das mussten auch die Ingenieure bei Grindaix feststellen. Die Kon­strukteure sind sich gewohnt, klassisch, also auch stets fertigungsorientiert, zu konstruieren. Die 3D-Konstruktion ist zwar kein Hexenwerk, aber man muss bereit sein, umzudenken und verfahrens­bedingte Einschränkungen zu berücksichtigen.

Um das Bauteil an der Plattform des 3D-Druckers anzubinden, benötigt man Stützkonstruktionen, sogenannte Supports, die nach dem Druck entfernt werden müssen. Idealerweise können diese schon bei der Konstruktion komplett eliminiert werden. Beim Konstruieren von Bauteilen für den 3D-Druck wird zunächst alles modelliert, was unverzichtbar ist: der definierte KSS-Ein- und KSS-Strahl-Austritt sowie der zur Kollisionsvermeidung mit bewegten Maschinenteilen vorgegebene Bauraum. Dazwischen fügt der Konstrukteur nur so viel Material ein wie unbedingt notwendig, damit das Bauteil seinen Zweck erfüllt und die Prozesszeiten kurz gehalten werden. Indem Material an nicht benötigten Stellen weggelassen wird, erzielt man leichtere Bauteile und durch das geringere Volumen auch günstigere Herstellungskosten.

Anders als bei konventionellen Methoden kann sich der Konstrukteur beim 3D-Druck rein auf die Funktionsfähigkeit eines Teils konzentrieren. Im Falle der KSS-Düse von Grindaix führen geschwungene Kanäle zu weniger Druckabfall durch geringere Strömungsverluste. Das spart Pumpenleistung und der Endkunde profitiert daher entweder vom Einsatz einer kleineren Pumpe oder von einer höheren Austrittsgeschwindigkeit des Kühlschmiermittels.

Basierend auf den Vorgaben von Grindaix und der TruPrint 1000 von Trumpf konnte Schritt für Schritt das perfekte Modell der neuen Düse entstehen. Mit heutiger Simulationssoftware lässt sich vieles bereits frühzeitig im Entwicklungsprozess abbilden. Doch ein wesentlicher Vorteil des 3D-Drucks liegt darin, dass er die Möglichkeit bietet, ganz einfach Prototypen zu erstellen, sie auszuprobieren und sie dann zu modifizieren. So liess sich jede Optimierungsmöglichkeit ohne grossen Aufwand umsetzen und das Resultat kann sich sehen lassen: Die neue Düse passt nicht nur in kleinste Bauräume, sie lässt sich auch individuell an jede Kundenanwendung anpassen. Die Bauteilvarianz ist enorm gross und mithilfe des 3D-Fertigungsverfahrens von Trumpf kann praktisch jedem Kunden die für ihn perfekte Düse angeboten werden.

www.ch.trumpf.com

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