Grob: Innovatives 3D-Druckverfahren Tropfenweise aus Draht aufbauen

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Zum generativen Fertigen von Bauteilen aus Aluminiumdraht präsentiert Grob erstmals seine Anlage GMP300 zur Messe Formnext 2022 in Frankfurt. Mit dem zukunftsweisendes Verfahren Liquid Metal Printing (LMP) kann sie endkonturnah drucken.

Der Mindelheimer Werkzeugmaschinenhersteller zeigt erstmals auf seinem 70 m² grossen Messestand das selbst entwickelte 3D-Druckverfahren LMP (Liquid Metal Printing). Mit ihm können Bauteile aus Aluminium endkonturnah hergestellt werden. Als Beispiel zeigt Grob die Maschine GMP300. Mit ihrem 300 mm in den Kantenlängen messenden Arbeitsbereich ist sie dazu konzipiert, flexibel, wirtschaftlich und zuverlässig kleinere Bauteile als Einzel­stücke und in kleinen Serien zu produzieren. In drei Achsen positioniert die Maschine bei maximal 30 m/min. Eine inerte Atmosphäre im Arbeitsraum schützt den Werkstoff vor Oxidation. Das sorgt für gleichbleibend gute Eigenschaften hinsichtlich Dichte und Festigkeit der gedruckten Bauteile.

Wirtschaftlicher als Pulver

Aktuell werden metallische Bauteile überwiegend im Verfahren Powder-Bed Fusion (PBF) hergestellt. Ein Laserstrahl schmilzt Pulver auf und baut so die Bauteile aus einem Pulverbett auf. Das hat allerdings einige kritische Bedingungen. Dazu gehören die hohen Kosten für das Pulver. Zudem erfordert das Lagern und Zuführen der Pulver einigen Aufwand. Das Verfahren arbeitet meist langsam. Ein grösseres Bauteil aufzubauen, dauert sehr lang. Darüber hinaus erfordert das Verfahren ein aufwendiges Postprocessing, zum Beispiel das Entfernen des restlichen Pulvers und dessen Rückführung in den Prozess. Ein deutlich wirtschaftlicheres Verfahren, das die Forderungen nach einer flexiblen Produktion von Bauteilen mit Geometrien nahe der Endkontur erfüllt, haben die Spezialisten beim Maschinenhersteller Grob in Mindelheim verwirklicht. Das Verfahren Liquid Metal Printing (LMP) umgeht die Nachteile bisheriger Verfahren zum generativen Aufbau metallischer Bauteile.

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Aufwand minimiert

Im Unterschied zum Pulverbettverfahren arbeitet das Verfahren LMP mit einem Draht. Das vermindert nicht nur die Kosten für Rohmaterial. Es vermeidet auch gesundheitliche Gefahren durch Pulver und Stäube. Zudem entfällt der gesamte Aufwand für das Vorbereiten und die Logistik des Pulvers. Beim Pulverbettverfahren erforderliche Arbeitsschritte, wie das Entpulvern, das Aufbereiten und Rückführen von Pulver, entfallen. Beim Verfahren LMP werden Tropfen von einem Draht abgeschmolzen. Daraus wird das Bauteil aufgebaut. Man kann das als Mikrogiessen bezeichnen. Vorteil im Vergleich zu anderen mit Draht arbeitenden, dem Schweissen ähnliche Verfahren ist der nur minimale thermische Verzug der Bauteile. Das Verfahren LMP erzeugt ein homogenes Mikrogefüge. Dessen Streckgrenzen sind vergleichbar oder sogar höher als diejenigen des Ausgangswerkstoffs. Darüber hinaus überzeugt das Verfahren durch seine hohe Flexibilität und Produktivität. Flexibilität wird erreicht durch die Möglichkeit eines schnellen Materialwechsels ohne hohen Reinigungsaufwand, durch die hohe Variabilität des Tropfendurchmessers, der durch den Einsatz unterschiedlicher Düsen zwischen 380 µm und 700 µm eingestellt werden kann, und dass sich der Druckkopf inklusive Düse während des Aufbauprozesses sowie die Bauplatten zwischen den Druckjobs schnell wechseln lassen. Die hohe Produktivität des Verfahrens entsteht in erster Linie durch die erreichbaren hohen Aufbauraten. Beispielsweise können bei einer maximalen Tropfenfrequenz von 500 Hz und 700 µm Tropfendurchmesser stündlich bis zu 320 cm³ aufgebaut werden. Eine Nachbearbeitung entfällt. Die spezifischen Kosten sind nur minimal abhängig vom Füllgrad der Bauplatte, also für kleine und grosse Bauteile nahezu gleich.

Zukunftsträchtige Technologie

Die Technologie, aus geschmolzenem Draht in einem dem Giessen vergleichbaren Verfahren die Wandungen von Bauteilen aufzubauen, ist bisher kaum bekannt. Sie kann aber als eine richtungsweisende Erweiterung der aktuell bekannten Metalle verarbeitenden additiven Fertigungsverfahren gelten. Vorteile sind vor allem die grösseren Aufbaura­ten im Vergleich zu Pulverbettverfahren und die bessere Auflösung verglichen mit aktuellen DED(Direct Energy Deposition)-Verfahren, also Schweissverfahren. Das von Grob verwirklichte Verfahren eignet sich für den industriellen Einsatz in der Werkstatt. Dr.-Ing. Johannes Glasschröder, bei Grob zuständiger Teamleiter für die Additive Fertigung, sagt dazu: «Ohne Pulverhandhabung zu arbeiten und auf jegliche Strahlquellen zu verzichten, ermöglicht die Integration der Anlagen in eine bestehende Fertigung ohne erhöhte Sicherheitsvorkehrungen.» Er erläutert weiter: «Zudem sehen wir durch die Notwendigkeit der Nachbearbeitung von Funktionsflächen additiv gefertigter Bauteile starke Synergieeffekte mit unserem bereits bestehenden Portfolio im Bereich der zerspanenden Fertigung.» Aktuell nutzt bereits das Fraunhofer-Institut in Augsburg das Verfahren auf einer Maschine GMP300 für unterschiedliche Forschungs- und Industrieprojekte. Erkenntnisse aus diesen Projekten wird der Maschinenhersteller nutzen, um die Technologie und die Maschinen zu optimieren. SMM

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