Das Gießen ist schon seit der Kupfersteinzeit bekannt – es hat sich über die Jahrtausende zu einem Industriestandard entwickelt und ist als Formgebungsverfahren aus den verschiedensten Branchen nicht mehr wegzudenken. Heute gibt es unterschiedlichste Methoden für die Herstellung von Gussteilen. Nachfolgend bieten wir eine Übersicht über verschiedene Gießverfahren.

Welche Form- und Gießverfahren gibt es?

Sandguss

Eine der ältesten und eine weit verbreitete Methode des Gießens ist der sogenannte Sandguss. Dabei wird flüssiges Metall in eine Sandform gegossen. Zur Erstellung der Formen braucht man im Normalfall ein Modell. Meistens aus Holz oder ähnlichem gefertigt, wird dieses in Quarzsand, dem verschiedene Binder zugemischt werden, abgeformt. Hohlräume lassen sich über Sandkerne, die in die Form eingelegt werden, abbilden. Nach dem Abguss wird die Form inkl. Kerne zerstört. Dieses Prinzip nennt sich verlorene Form. Der Sandguss eignet sich aufgrund seiner hohen Maßhaltigkeit und Oberflächenqualität insbesondere für kernintensive, mehrteilig geformte und komplexe gegossene Bauteile und wird neben dem Prototypenbau auch für kleine und mittlere Serienlosgrößen eingesetzt. Mit dem Sandguss lassen sich so gut wie alle gießbaren Legierungen verarbeiten.

Feinguss

Mit dem Feinguss lassen sich hochpräzise und filigrane Gussteile herstellen. Unter den verschiedenen Gießverfahren sticht der Feinguss als komplex und aufwandsintensiv hervor. Anstatt ein Negativ aus einem soliden Modell abzuformen, wird das gewünschte Bauteil aus Wachs oder Kunststoff als Positiv modelliert. Anschließend wird das Modell in der Gießerei mit mehreren Keramikschichten ummantelt, um eine Form herzustellen. Beim Brennen der Keramik schmilzt das Modell, und eine hohle Keramikform bleibt übrig. In diese wird anschließend die Schmelze gegossen. Je nach Bauteil kann sich der Prozess der Mehrfachumhüllung über mehrere Tage bis Wochen hinziehen. Nach dem Erstarren der Schmelze wird die Form zerstört und das gegossene Bauteil für die finale Verwendung nachbearbeitet oder veredelt. Für das Feingussverfahren lassen sich so gut wie alle gießbaren Legierungen nutzen.

Druckguss

Der Druckguss kommt als Gießverfahren vor allem bei der Massen- und Serienfertigung zum Einsatz. Vergossen werden hauptsächlich Legierungen mit einem geringeren Schmelzpunk wie bspw. Aluminium oder Magnesium. Beim Gießprozess wird die Schmelze unter Hochdruck in eine meist metallische Dauerform gedrückt. In der Gussform eingelassene Kühlkanäle sorgen für ein schnelles Erstarren der Schmelze, und die Bauteile werden mit einem Ausschieber aus der Form gelöst. Dieses Fertigungsverfahren des Gießens ermöglicht sehr große Stückzahlen in sehr kurzer Zeit und bei geringen Kosten pro Stück, schränkt jedoch die mögliche Komplexität der Bauteile ein. Die gegossenen Bauteile zeichnen sich durch sehr gute Oberflächeneigenschaften, enge Toleranzen und eine hohe Genauigkeit aus.

Kokillenguss

Ähnlich wie beim Sandguss wird beim Kokillenguss mittels Schwerkraft gegossen. Doch anstatt einer Sandform kommen bei diesem Gießverfahren Dauerformen bzw. Metallkokillen zum Einsatz. Metall ist im Vergleich zu Sand wärmeleitfähiger. Dadurch wird die Hitze der Schmelze schneller abgetragen, und die Schmelze erstarrt schneller und mit einem dichteren Gefüge. Das führt zu höheren Festigkeiten beim gegossenen Bauteil. Durch die Wiederholbarkeit der Prozessschritte und der Wiederverwendbarkeit der Kokille kann der Kokillenguss für höhere Stückzahlen auch (teil-)automatisiert werden. Auch beim Kokillenguss finden hauptsächlich Legierungen mit niedrigen Schmelzpunkten wie bspw. Aluminium und Magnesium Anwendung.

Welche innovativen Techniken bietet voxeljet für Gießverfahren?

Mit unserer Binder-Jetting-Technologie bieten wir sowohl für den Sandguss als auch für den Feinguss innovative Lösungen an, die zeit- und kostenintensive Wertschöpfungsprozesse verschlanken und gleichzeitig hochqualitative (Guss-)Ergebnisse gewährleisten. Mittels moderner 3D-Drucktechnologie fertigen wir auf unseren industriellen 3D-Druckern Formen und Modelle werkzeuglos und mit höchster Präzision. Zum Einsatz kommen dabei gießereiübliche Materialien wie Quarzsande und typische Bindersysteme wie Furan- und Phenolharz sowie anorganische Bindemittel.

Binder Jetting für den Sandguss

Beim Sandguss bieten sich für die Formerstellung klassische Quarzsande an. Für den Kerndruck setzen wir auf verschiedene Spezialsande wie Cerabeads oder Chromit. Der 3D-Druck stellt die Formen im Schichtbauverfahren vollautomatisiert her. Dabei wird eine hauchdünne Schicht Sand auf eine Bauplattform aufgetragen und anschließend von einem Druckkopf selektiv verklebt. Anschließend wird eine neue Schicht Sand aufgetragen und erneut verklebt. Diese Prozessschritte wiederholen sich, bis die Form vollständig gedruckt ist. Als Bauplan dienen dabei digitale CAD-Daten. Nach dem 3D-Druck werden die Formen manuell aus dem Sandbett gehoben und von überschüssigem, nicht verklebtem Sand befreit. Die Formen sind nach dem Entpacken und Finishen direkt einsatz- und abgussbereit.

Binder Jetting für den Feinguss

Für den Feinguss verwenden wir ein feines Acrylglaspulver (PMMA / Polymethylmethacrylat), aus dem wir, genau wie beim Sanddruck, im Schichtbauverfahren Modelle in 3D drucken. Wieder wird eine feine Schicht Pulver auf eine Bauplattform aufgetragen und von einem Druckkopf selektiv verklebt. Die gedruckten Modelle werden anschließend in ein Wachsbad getaucht, um die Oberfläche zu versiegeln und ein präzises Gussergebnis zu gewährleisten. Die gedruckten PMMA-Modelle können genau wie konventionelle Wachslinge gehandhabt werden und lassen sich nahtlos in bestehende Feingussprozesse integrieren. Der negative Ausdehnungskoeffizient des Polymerpulvers sorgt für ein rückstandloses Ausbrennen des Modells beim Brennen der Keramikform.

Wie werden Gießstücke mit den neuen Gießverfahren hergestellt?

Für den Abguss macht es so gut wie keinen Unterschied, ob die Form oder das Modell 3D-gedruckt oder konventionell gefertigt wurde. Durch den Einsatz erprobter und gießereiüblicher Materialien lassen sich die additiv gefertigten Bauteile problemlos in bestehende Produktionsprozesse integrieren. Auch eine hybride Anwendung ist möglich: Weniger komplexe Formteile können konventionell gefertigt und nur komplexe oder filigrane Kernstrukturen 3D-gedruckt werden. Das Gießverfahren als solches bleibt das gleiche, das bereits seit tausenden von Jahren praktiziert wird.

Wie profitiert die Gießereiindustrie von voxeljets neuen Gießverfahren?

Die Binder-Jetting-Technologie von voxeljet bietet der Gießereiindustrie viele Vorteile: Zeitintensive Herstellungsprozesse für Werkzeuge entfallen, Hinterschneidungen spielen aufgrund der geometrischen Freiheit des 3D-Drucks keine Rolle mehr, und Produktentwicklungszyklen lassen sich um ein Vielfaches verkürzen.

  • Kosten optimieren
  • In jedem Maßstab produzieren
  • Time to Market beschleunigen
  • Unmögliches möglich machen
  • Nahtlos integrierbar
  • Freiheit im Produktdesign

Welche anderen Branchen können voxeljets Form- und Gießverfahren nutzen?

Die Gießereiindustrie ist innerhalb einer vertikalen Wertschöpfungskette eine der wichtigsten Stützen für eine Vielzahl von Branchen. Vom 3D-Druck in der Industrie profitieren unter anderem die Automobil- und Schifffahrtsindustrie, der Energiesektor, die Luft- und Raumfahrt oder die Pumpen- und Schwerindustrie. Sie alle können maßgebliche und nachhaltige Zugewinne aus der modernen Binder-Jetting-Technologie und dem 3D-Druck von Formen und Modellen für das Gießverfahren erzielen – insbesondere im Hinblick auf immer komplexer werdende Produkte unter dem Schirm der Leichtbauoptimierungen. Abseits des Metallgusses werden 3D-gedruckte Bauteile unter anderem auch in der Architektur, der Film- und Entertainmentindustrie und der Sport- und Freizeitbranche eingesetzt.

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