Bühler AG: Additive Fertigung Künftig mehr additiv denken

Redakteur: Konrad Mücke

Mit der Initiative think additively, deutsch denk additiv, sorgt die Bühler AG in Uzwil für eine rasche Nutzung der Additive Manufacturing. Die Spezialisten beraten, fertigen und stellen die gesamte Prozesskette von der Werkstoffbeschaffung bis zum einbaufertig bearbeiteten Bauteil bereit.

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Auftragen und Bearbeiten vereint: Mit der Hybridtechnologie von Mazak lassen sich hoch belastete Bauteile aus kostengünstigen Grundkörpern kombiniert mit harten und verschleissfesten Werkstoffen wesentlich wirtschaftlicher und schneller herstellen und instand setzen.
Auftragen und Bearbeiten vereint: Mit der Hybridtechnologie von Mazak lassen sich hoch belastete Bauteile aus kostengünstigen Grundkörpern kombiniert mit harten und verschleissfesten Werkstoffen wesentlich wirtschaftlicher und schneller herstellen und instand setzen.
(Bild: Konrad Mücke SMM)

Die Bühler AG in Uzwil als global agierender Spezialist für Verfahrenstechnik und Automation entwickelt und produziert Verfahren und Techniken, um Mehl und Futtermittel sowie Pasta und Schokolade herzustellen. Kerntechnologien bei der Verarbeitung der Rohstoffe sind die mechanische und die thermische Verfahrenstechnik. Das umfasst unter anderem Fördern, Reinigen, Sortieren, Mahlen, Mischen und Formen, um Getreide und andere Rohstoffe zu hochwertigen Nahrungs- und Genussmitteln zu veredeln. Darüber hinaus stellt Bühler komplexe Anlagen für die chemische Industrie und den Automobilbau her. Diese dienen zum Druckgiessen metallischer Bauteile, zum Beschichten von Oberflächen sowie zur Automation komplexer fertigungstechnischer Prozesse, zum Beispiel der in Uzwil hergestellten Druckgiessmaschinen.

Eigene Fertigung schafft Wertschöpfung

Das Unternehmen verfügt über eine grosse Fertigungstiefe und somit über eine breit angelegte Wertschöpfung. Maschinen und Anlagen für die im Haus entwickelten verfahrens- und fertigungstechnischen Prozesse produzieren die Spezialisten weitgehend selbst. Dafür verfügen sie über umfassend ausgestattete Werkstätten mit allen bewährten Fertigungsverfahren und -einrichtungen. Um weiterhin international wettbewerbsfähig zu agieren, befassen sich die Konstrukteure und Fertigungstechniker fortlaufend mit innovativen Verfahren und neusten Technologien. Das betrifft zum einen die selbst konzipierten verfahrenstechnischen Anlagen, zum anderen die zur Fertigung der Bauteile eingesetzten Fertigungsverfahren. Bei Letzterem fokussieren die Experten zunehmend auch auf die additive Fertigung, englisch Additive Manufacturing, häufig auch als 3D-Druck bezeichnet.

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Innovativ mit 3D-Druck

Andreas Schachtner, in Uzwil Head of Business Development & Services in der Division ML, erläutert: «Seit vielen Jahren ist der 3D-Druck vor allem für Kunststoffteile bekannt. Er eignet sich, um schnell und einfach Prototypen und Muster herzustellen.» Aktuell richten die Fertigungstechniker ihr Augenmerk zunehmend auf den 3D-Druck metallischer Bauteile. Ursache dafür ist eine Vielzahl jüngst vorgestellter, innovativer Maschinen und Verfahren. Mit diesen lassen sich Bauteile aus unterschiedlichen Metallen, zum Beispiel Titan, korrosionsfestem Stahl und Aluminium, direkt aus 3D-CAD-Daten aufbauen. Dazu werden die Metalle als Pulver in dünnen Schichten in einem Prozessraum auf eine absenkbare Arbeitsplatte aufgetragen. In jeder einzelnen Schicht sintert ein CNC-gesteuerter Laserstrahl Bereiche des Pulvers, um die Wandungen der programmierten Werkstücke zu generieren.

Wie Andreas Schachtner berichtet, bieten zahlreiche Hersteller bereits ein breites Spektrum an unterschiedlichen Verfahren und Anlagen. Diese erweisen sich inzwischen als lohnend und profitabel nicht nur für Einzelstücke, sondern auch zum Herstellen in und mittleren und grossen Serien.

«Mit den heute zu Verfügung stehenden unterschiedlichsten additiven Verfahren können Teile konstruiert und gefertigt werden, die sich mit konventioneller Fertigung nicht oder nur sehr aufwendig herstellen lassen.» Als Beispiele nennt Andreas Schachtner Düsen und Formelemente, die nahe an der Kontur gekühlt oder erwärmt werden müssen. Bei solchen Bauteilen verbessert die konturnahe Fertigung meist deutlich ihren Wirkungsgrad und ihre Effizienz. Ähnliches gilt auch für komplexe Komponenten, die aus einer Vielzahl an Einzelteilen gefügt werden müssen. Eine Integralbauweise, wie sie der 3D-Druck ermöglicht, beschleunigt und vereinfacht deutlich deren Fertigung. Zudem sorgt sie meist für eine zuverlässigere Funktion, zum Beispiel absolute Dichtigkeit, da Montagetrennstellen entfallen. «Speziell bei Werkstücken, bei denen der innovative 3D-Druck den technischen und wirtschaftlichen Nutzen erheblich verbessert, lohnt sich der Einsatz des Additive Manufacturing», unterstreicht Andreas Schachtner.

Er ist überzeugt, dass die Konstrukteure, Entwickler und Designer bei Bühler die Merkmale und Chancen des Additive Manufacturing zunächst wirklich verstehen müssen, um sie nutzbringend einzusetzen. Deshalb hat er in Verbindung mit der Initiative think additively zusammen mit Patrik Högger, Leiter Entwicklung und Service, drei hausinterne Informationsveranstaltungen organisiert.

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Fachhandel als kompetenter Partner

Bei der Realisierung unterstützend wirkte auch die Wenk AG, Biel. Das im Jahr 1963 gegründete Unternehmen handelt mit hochwertigen Werkzeugmaschinen und vertritt einige Werkzeugmaschinenhersteller exklusiv in der Schweiz, zum Beispiel Mazak. Traditionelle Schwerpunkte sind Dreh- und Fräsmaschinen, vertikale und horizontale Bearbeitungszentren, Multi-Funktions- sowie Schleifmaschinen. Das Handelshaus bietet von der Beratung über die Inbetriebnahme bis zum Service eine hochqualifizierte Dienstleitung. Man versteht sich als vertrauensvoller Partner für Schweizer Industrieunternehmen.

Wenk hatte zusammen mit anderen Herstellern die Veranstaltung mit der Präsentation innovativer Maschinen unterstützt. Bei Trumpf betraf dies eine 3D-Druckmaschine TruPrint 1000, die mit einem Laserstrahl Metallpulver sintert. Bei ihr überzeugt vor allem das optimierte Handling des fein­staubigen Pulvers in einem geschlossenen Kreislaufsystem.

TruPrint 1000

Auftragen und fräsen auf einer Maschine

Mazak im exklusiven Vertrieb von Wenk stellte die Wire-Arc-Auftragsmaschine Variaxis j-600 AM vor. Auf ihr lassen sich vorteilhaft Basisgeometrien mit speziellen Bauteildetails versehen. Dazu gehören beispielsweise verschlissene Turbinen- und Schraubenräder. In einem zügigen Ablauf schweisst die Maschine mit einem Drahtschweissverfahren die programmierten Geometrien auf und bearbeitet sie anschliessend mit der Frässpindel (12000, Option 18000 1/min Drehzahl) fünfachsig ohne umzuspannen. Da das Auftragsschweissen und das 5-Achs-Fräsen gleiche 3D-CAD-Daten als Basis nutzen, werden die Bauteile einbaufertig hochgenau bearbeitet. Vorteilhaft ist auch, dass mit dem Draht hochwertige, besonders verschleissfeste oder harte Werkstoffe auf Grundkörper aus kostengünstigeren Metallen aufgebracht werden können.

Matsuura zeigte eine Hybridmaschine zum Laserauftragen und unverzüglich anschliessenden HSC-Bearbeiten der aufgetragenen und gesinterten Schichten. Deren Vorteil ist, dass ein aufwendiges Nachbearbeiten entfällt, um hochwertige, glatte Oberflächen an den mit Laser gesinterten Bauteilen zu erhalten. Dies betrifft auch das Innere von Bauteilen, das nach deren Fertigstellung nicht mehr zu bearbeiten ist. Deshalb eignet sich dieses Verfahren speziell für Düsen und ähnliche Bauteile, die strömungsgünstige, glatte Innenflächen benötigen.

Die Alphacam Swiss GmbH präsentierte ihre spezielle Software für 3D-Druck in Verbindung mit 3D-Druckern von Stratasys zum Generieren von Bauteilen im FDM-Verfahren. Diese Anlagen können ein breites Spektrum an Werkstücken aus unterschiedlichen thermoplastischen Kunststoffen herstellen.

Detailliert informiert

Die jeweiligen Details, die besonderen Merkmale und Vorteile ihrer Verfahren und Maschinen erläuterten die Hersteller in kurzen Fachvorträgen. Die über 200 Teilnehmer, überwiegend Designer, Konstrukteure, Arbeitsvorbereiter, Fertigungsplaner und -mitarbeiter bei Bühler, verfolgten aufmerksam diese Ausführungen. Wie Andreas Schachtner sagt, trägt das wesentlich dazu bei, eine hohe Akzeptanz für das Additive Manufacturing in der täglichen Konstruktions- und Fertigungspraxis zu schaffen. «Additive Fertigung bringt deutliche Vorteile, wenn man das Verfahren und seine Parameter kennt. Mit unserer hausinternen Ausstellung und Informationsveranstaltung haben wir unseren Mitarbeitern die unterschiedlichsten Verfahren und Anwendungen sehr kompakt vermittelt. Um die Vorteile künftig vor allem für innovative Kundennutzen und unsere Wettbewerbsfähigkeit zu nutzen, müssen wir lernen, viel stärker additiv zu denken. Dazu haben wir mit unserer Initiative einen starken Anstoss gegeben», fasst er zusammen. SMM

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