Hybride Additive Fertigung Im Direktflug nach Los Angeles

Redakteur: Anne Richter

Pi2 Process und Newemag haben am 13. und 14. Juni im 3D-Manufacturing-Kompetenzzentrum Pi2 Process einen Anlass zum Thema hybride additive Fertigung durchgeführt. Gemäss Motto «3D beginnt im Kopf» sollten den Fachbesuchern Denkanstösse gegeben werden.

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Bei der hybriden additiven Fertigung vereinen sich Selektives Lasersintern und High Speed Milling: Im Bild ist der Fräsprozess auf der Lumex Avance-25 bei Pi2 Process zu sehen.
Bei der hybriden additiven Fertigung vereinen sich Selektives Lasersintern und High Speed Milling: Im Bild ist der Fräsprozess auf der Lumex Avance-25 bei Pi2 Process zu sehen.
(Bild: Anne Richter, SMM)

Das Interesse rund um das Thema 3D-Druck ist enorm, doch in der Realität gibt es immer noch sehr viele Fragezeichen, vor allem wenn es um die praktische Umsetzung geht. Newemag ¦ Schneider mc, Schweizer Vertragspartner des japanischen Werkzeugmaschinenherstellers Matsuura, und Pi2 Process als Betreiber einer Matsuura-Lumex-Anlage, die auf hybride additive Manufacturing basiert, haben deshalb im Kompetenzzentrum in Freienbach eine Fachveranstaltung zum Thema unter dem Motto «Additive Manufacturing beginnt im Kopf» durchgeführt. «Die Veranstaltung sollte mehr Bewusstsein zum Thema 3D-Verfahren schaffen und den Besuchern dazu einen Denkanstoss geben», fasst der Leiter Additive Manufacturing bei Pi2 Process, Pascal Jenni, zusammen. P. Jenni vergleicht die Vorteile und Möglichkeiten der additiven Verfahren mit denen eines Direktflugs nach Los Angeles: «Genau wie bei den Flugverbindungen darf ich beim Fertigungsprozess nicht nur die reinen Kosten betrachten, sondern den gesamten Prozess. Und hier kann Additive Manufactur­ing entscheidende Vorteile haben, genau wie ein Direktflug.» Vor allem im Werkzeug- und Formenbau gibt es verschiedene Vorteile für additive Verfahren. So können Bauteile, die aus verschiedenen Einzelteilen bestehen und für deren Fertigung wiederum zusätzlich Elektroden hergestellt werden müssen, mit additiven Verfahren direkt in einem Arbeitsschritt generiert werden. Im Falle einer Hybridmaschine findet die spanabhebende Bearbeitung sogar zusätzlich direkt in der Maschine statt.

Umdenken beginnt schon bei der Konstruktion

«Schon bei der Entwicklung und beim Entwurf beginnt das Umdenken», berichtet P. Jenni. «Konstrukteure denken schon während des Konstruktionsprozesses an die Herstellung. Da bei den additiven Verfahren (fast) keine Einschränkungen in der Fertigung bestehen, kann man sich rein auf die Funktionalität konzentrieren. Das ist eine grosse Veränderung. Im Idealfall ist das Bauteil so komplex wie nötig, aber der ganze Prozess so einfach wie möglich.»

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Die Hybrid-Additive-Manufacturing-Anlagen der Lumex-Reihe von Matsuura vereinen das Selective Laser Melting (SLM) und das High Speed Milling (HSM). Die Verfahren sind bei der Lumex Avance-25 und der Lumex Avance-60 in einer Hybrid-Maschine technologisch zusammengefasst. Durch die Kombination von Lasersintern und Hochgeschwindigkeitsfräsen werden die Bauteile komplett auf einer Maschine bearbeitet, eine Nachbearbeitung durch andere Bearbeitungsverfahren wird auf ein Minimum reduziert. Wobei nach jedem Sinterschritt auch die Fräsbearbeitung möglich ist. Um eine hohe Oberflächengüte und Genauigkeit zu erreichen, wird die Schrupp- von der Schlichtbearbeitung entkoppelt. Während das Vorfräsen bzw. Schruppen direkt nach dem Laserschmelzen vorgenommen wird, findet die Endbearbeitung erst auf den thermisch nicht mehr belasteten Schichten statt. Pi2 Process arbeitet mit einer Lumex Avance-25. Hier beträgt die maximale Bauteilegrösse 250 x 250 x 185 mm. Es können Oberflächengüten von Ra 0,8 bis 1,6 (N6) erzielt werden. Die Genauigkeit liegt bei 0,025 mm über den gesamten Bereich, für faustgrosse Teile liegt sie bei 0,01 mm.

Mehrwert von Hybrid Additive Manufacturing

Vor allem bei bestimmten Bauteilen zeigen sich die Vorteile von Additive Manufactur­ing besonders. Beispiele aus der Praxis demonstrieren das. Beispielsweise die Spritzgussform eines Kunststoffteils von Panasonic, die bei konventioneller Herstellung aus neun Einzelteilen gefertigt wird, mit AM nur aus zwei Einzelteilen besteht. Zusätzlich können mittels 3D-Druck die Kühlkanäle optimiert werden, sodass die Abkühlzeit über 50 % verkürzt wird und damit der gesamte Einspritz-Zyklus um 33 % kürzer wird. Ein weiterer Vorteil ist die reduzierte Produktionszeit. Vom Design bis zum fertigen Produkt wurde die Zeit um 38 % reduziert.

Noch grösser ist der Mehrwert mit Hybrid Additive Manufacturing. Eine Gegenüberstellung für die Form eines Akkuschrauber-Gehäuses zeigt die Vorteile des Verfahrens. Mit der konventionellen Fertigung des Spritzgusswerkzeugs beträgt die Herstellungszeit ca. 27 Tage bei Kosten von rund 29 000 Euro. Durch eine Reduzierung der Formenbauteile von 25 auf 3, bedingt durch den Wegfall des Erodierens und der Elektrodenherstellung, konnte eine grosse Kosten- und Zeitersparnis erreicht werden. Mit der hybriden additiven Fertigung reduzierte sich die Herstellungszeit insgesamt auf nur 11 Tage bei Kosten von ca. 14 600 Euro.

Auch bei der direkten Herstellung von Bauteilen kann das Hybrid Additive Manufacturing Vorteile bringen. So fertigt Matsuura seine Maschinenspindeln mit diesem Verfahren. Die Spindeln konnten aufgrund des veränderten Verfahrens neu ausgelegt werden: Das Bauteilgewicht verringerte sich von 6,9 kg auf 4,2 kg und statt 11 Einzelbauteilen wird die Spindel in einem Stück hergestellt. Dadurch hat die Spindel eine verbesserte Funktionalität und es werden Zeit und Kosten gespart.

Nach dem Fachvortrag von P. Jenni und Rolf Jauch, Verkaufsleiter bei Newemag, konnten sich die Besucher die hybride additive Fertigung bei Pi2 Process live anschauen. In einem Workshop zeigte Jörg Meerholz von der Firma Merik Unternehmensentwicklung & Coaching GmbH zusätzlich Herangehensweisen, um Firma und Mitarbeiter für neue Technologien zu begeistern. Insgesamt 57 Teilnehmer interessierten sich an den beiden Veranstaltungstagen am 13. und 14. Juni für die hybride additive Fertigung und haben damit die Pole Position beim Direktflug nach Los Angeles inne. -ari- SMM

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