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Trumpf: Konstruieren für additive Fertigung Lernen, 3D-Druck-gerecht zu denken

Redakteur: Konrad Mücke

3D-Metalldruck ermöglicht, hochkomplexe Bauteile bei nahezu unbegrenzter Designfreiheit herzustellen. Worauf man beim Konstruieren achten muss und in welchen Bereichen das Potenzial der additiven Fertigung in der Schweiz besonders hoch ist, erläutern Erik Schröder, Consultant Additive Manufacturing, und Alexander Teuber, Vertrieb & Markt­entwicklung bei Trumpf Schweiz.

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Unter anderem referiert Erik Schröder beim SMM-FertigungsForum zum wirtschaftlichen Fertigen in Serien eines Federkühlkörpers im 3D-Druckverfahren LMF.
Unter anderem referiert Erik Schröder beim SMM-FertigungsForum zum wirtschaftlichen Fertigen in Serien eines Federkühlkörpers im 3D-Druckverfahren LMF.
(Bild: Trumpf)

Trumpf präsentierte 2003 das erste auf dem Laser-­Metal-Fusion-Verfahren basierende 3D-Druck-System. Was hat sich seither getan?

Alexander Teuber: Mit der Markteinführung zweier LMF-Maschinen in diesem Jahr haben wir unser Metalldruck-Port­folio auf vier Anlagen und zwei Pulver-­Management-Systeme erweitert. Die Nachfrage nach dem pulverbettbasierten Laserschmelzen steigt.

Und auf technologischer Seite?

A. Teuber: Der LMF-Prozess hat sich dank dem optimierten Schutzgasfluss extrem verbessert. Gleichzeitig hat sich das Anwendungsspektrum infolge neuer Prozessüberwachungs- sowie und Multilaserkonzepte verbreitert.

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Wo steht LMF im Vergleich zu anderen Metalldruckverfahren?

Erik Schröder: Beim LMF-Verfahren wird das Werkstück Schicht für Schicht im Pulverbett aufgebaut. Der Laser schmilzt das Metallpulver an den von 3D-Daten vorgegebenen Stellen. Im Vergleich zu den anderen pulver- oder filamentbasierten Verfahren ist die Entwicklung von LMF weiter vorangeschritten. Entsprechend wird es industriell mehr eingesetzt.

Wodurch zeichnet sich ein LMF-Bauteil aus?

E. Schröder: Die 3D-gedruckten Komponenten weisen hohe relative Dichten, sehr gute mechanische Kennwerte und Oberflächen auf.

Wo stösst LMF an seine Grenzen?

E. Schröder: Vor allem bei sehr grossen Bauteilen oder sehr hohen Stückzahlen kann die Herstellung mittels einer anderen Technologie sinnvoller sein. Allerdings ist es wichtig, die Vorteile des Verfahrens zu nutzen und Bauteile dementsprechend auszulegen. Wir müssen uns von den Einschränkungen klassischer Fertigungsverfahren lösen und lernen, 3D-Druck-gerecht zu denken.

Wo ist in der Schweiz LMF-Potenzial vorhanden?

A. Teuber: In der MEM-Industrie sehe ich ein enormes Potenzial, nicht zuletzt aufgrund der generell geringeren Regulatorik in diesem Sektor – mit Ausnahme der Luft- und Raumfahrt sowie der Automobilindustrie. Die MEM-Branche realisiert noch verhältnismässig wenig industrietaugliche Applikationen. Das Potenzial kann aber nur ausgeschöpft werden, wenn Entwickler anders konstruieren. Design for Additive Manufacturing lautet das Stichwort.

Welche Art von Bauteilen stehen im Fokus?

A. Teuber: Es sind kleine, filigrane oder komplexe Bauteile. Im Maschinen- und Werkzeugbau finden sie sich dort, wo Masse schnell beschleunigt wird – zum Beispiel in Textil-, Druck- oder Hochgeschwindigkeits-Bearbeitungsmaschinen. In der Luft- und Raumfahrt sowie im Rennsport sind es meist statische Komponenten, die sehr leicht sein müssen. Im Formenbau geht es vielmehr um Funktionalitäten, die dank den erweiterten Gestaltungsmöglichkeiten des Verfahrens bedeutend einfacher integriert werden können – beispielsweise Kühlkanäle. In der Medizintechnik hingegen geht es um poröse Strukturen und individualisierte Bauteile.

Wie steht es um die Wirtschaftlichkeit?

A. Teuber: Das hängt von der Anwendung ab. In vielen Fällen ist die Produktion für sich betrachtet kostenintensiv. Richtet man den Blick jedoch auf den gesamten Lebenszyklus eines Bauteils, zahlen sich die Vorteile aus. Ein Re-Design mit Funktionsintegration reduziert oft die Fertigungs-, Montage- und Einsatzkosten. Zum Beispiel hilft ein gewichtoptimierter Support in einem Flugzeug, den Treibstoffverbrauch zu senken. Ausserdem sparen Entwickler etwa beim Prototypenbau Zeit, indem sie mehrere Prototypen-Designs gleichzeitig drucken.

Wie überzeugen Sie Anwender von LMF?

E. Schröder: Wir bieten bei Trumpf zum Beispiel ein Consulting für den Einstieg in die additive Fertigung und deren Produktionsanlauf an. Darüber hinaus überzeugen wir Kunden von der Qualität von LMF durch die Fertigung kundenspezifischer Muster und Machbarkeitsanalysen bei uns im Haus.

An wen richtet sich das Consulting?

E. Schröder: Mit unserem Service unterstützen wir Einsteiger, die Wissen aufbauen oder das Potenzial von 3D-Druck in ihrem Unternehmen analysieren möchten. Wir zeigen auf, inwiefern LMF neue Möglichkeiten in der Entwicklung von Bauteilen schafft und was es zu berücksichtigen gilt bei einer wirtschaftlichen Umsetzung. Dabei kann ein einzelnes Bauteil, eine Abteilung oder eine ganze Firma im Fokus stehen.

Welche Bereiche umfasst die Beratung?

E. Schröder: Das Spektrum reicht von der Technologie-Einführung über die Teile­identifikation und -gestaltung bis hin zur Umsetzung von Serienbauteilen. Dabei zeigen wir Potenziale und Restriktionen auf. Mit der Applikationsberatung unterstützen wir ausserdem Kunden mit Maschinenpark bei der Optimierung von Fertigungsprozessen, der Senkung von Fehlerquoten oder der Entwicklung neuer Materialparameter. Überdies vermittelt ein zweitägiges Seminar, das mehrmals im Jahr an unserem Hauptsitz in Ditzingen (Deutschland) stattfindet, das erforderliche Basiswissen über LMF.

Wie identifiziert man Bauteile für den 3D-Metalldruck?

E. Schröder: Bewährt hat sich insbesondere der Know-how-Aufbau beim Personal. Nur wenn Entwickler, Einkäufer und Fertiger sich mit dem Verfahren auseinandersetzen und die Potenziale erkennen, entstehen wirtschaftliche Bauteile mit neuen Funktionen und besseren Eigenschaften.

Beim Kongress des SMM werden Sie über ein eigenes Teileidentifikationsprojekt referieren. Worum geht es?

E. Schröder: Wir produzieren mittels LMF Serienbauteile wie beispielsweise den Federkühlkörper für unsere Laserschneidmaschinen. Das dafür erforderliche Wissen vermitteln wir bei internen Schulungen. Nach der Teileidentifikation und der Machbarkeitsanalyse begleiten unsere Berater die Projekte bis zur Serieneinführung.

Wie erfahren Interessierte mehr zum Thema?

E. Schröder: Zum vierten SMM FertigungsForum wird es einen tieferen Einblick mit weiteren spannenden Musterteilen geben. Wir freuen uns jetzt schon auf den Austausch mit den Teilnehmenden. SMM

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