Prototypen bis Kleinserien wirtschaftlich fertigen
Durch die werkzeuglose Herstellung von Sandformen und –kernen lassen sich Einzelteile bis Kleinserien wirtschaftlich fertigen. Der Komplexität von Formen und Kernen bei der additiven Fertigung sind dabei – im Gegensatz zur konventionellen Herstellung – nahezu keine Grenzen gesetzt. Denn der Aufwand des 3D-Drucks ist unabhängig von der Komplexität des Bauteils.
Im konkreten Fall zur Herstellung eines Sandkerns für ein Turbinenrad kommen diese Faktoren besonders deutlich zum Tragen. In der konventionellen Herstellung müssen die einzelnen Kernsegmente der Turbinenschaufeln aufwendig zu einem Kern zusammengesetzt werden. Beim 3D-Druckprozess Binder Jetting hingegen wird der gesamte Turbinenkern an einem Stück hergestellt. Der gesamte Herstellungsprozess wird somit deutlich verkürzt. So können bei kleiner Stückzahl bis zu 75% der Kosten eingespart und eine qualitativ gute Reproduzierbarkeit sowie Genauigkeit sichergestellt werden.
Zeit ist Geld
Kurze Lieferzeiten und hohe Flexibilität zur Erfüllung unterschiedlichster Anforderungen spielen eine enorm wichtige Rolle. Doch wie lassen sich diese beiden Faktoren sinnvoll und vor allem wirtschaftlich miteinander verknüpfen?
Die Fertigung von 3D gedruckten Sandformen und -kernen ist in nur wenigen Tagen möglich. Im Vergleich zu konventionellen Herstellungsverfahren bedeutet das eine Zeiteinsparung mehrerer Wochen. Zudem wird die Flexibilität in vielerlei Hinsicht erhöht. Zum einen muss nicht auf Hinterschneidungen oder Entformungsschrägen geachtet werden.
Zum anderen können notwendige Gusseinrichtungen wie beispielsweise das Angusssystem direkt in den Formkasten konstruiert und mitgedruckt werden. Auch Bauteiländerungen können schnell und einfach umgesetzt werden. Ziel ist es, den Zeit- und Kostenaufwand der Form- und Kernherstellung deutlich zu reduzieren und komplexe Geometrien einfach zu realisieren. Dabei kann eine Hybrid-Bauweise, die 3D-Druck und die konventionelle Herstellung kombiniert, beliebig eingesetzt werden.
Vom gedruckten Kern zum Fertigen Gussteil
3D-Druck: Sandformen und Kerne beliebiger Komplexität werden über einen Schichtbauprozess hergestellt. Dabei verteilt ein Recoater das Partikelmaterial in einer sehr dünnen Schicht über das gesamte Baufeld. Ein Druckkopf bringt dann Bindemittel selektiv an den Stellen auf, wo später das Bauteil entsteht. Diese beiden Schritte werden so oft wiederholt, bis das gesamte Bauteil realisiert ist. Anschließend wird das Bauteil vom losen Partikelmaterial befreit und nachbearbeitet.
Schlichten: Analog zum klassischen Sandguss wird auch der gedruckte Kern in der Gießerei mit Schlichte versehen, um den hohen thermischen Beanspruchungen standhalten zu können.
Kernmontage: Anschließend wird der 3d gedruckte Sandkern in eine konventionell hergestellte Form eingesetzt. Generell lässt sich eine Hybridbauweise aus gedruckten und konventionell hergestellten Formen beliebig kombinieren.
Abguss: Nun wird das Turbinenrad abgegossen. Mit dem 3D gedruckten Formen und/oder Kernen lassen sich alle gängigen Legierungen gießen. Durch unterschiedliche Sandkörnungen lässt sich die Oberflächengüte beeinflussen.
Entkernen: Wie auch bei der konventionellen Herstellung handelt es sich beim 3D-Druck von Sandformen und Kernen um das Gießen mit verlorener Form.
Nacharbeiten: Nach dem Entformen wird das Bauteil noch nachbearbeitet. Der Aufwand für die Nacharbeit wird durch Anwendung des 3D Druckverfahrens reduziert, da Gussteile bereits über eine höhere Genauigkeit verfügen. Dies ist darauf zurückzuführen, dass selbst komplexe Geometrien mit Hinterschneidungen an einem Stück gedruckt werden können.
Vorteile des 3D-Druck im Überlick
Stromversorgung in Äthiopien Dank voxeljet
Die eigene Stromversorgung für ein kleines Krankenhaus in Äthiopien war wegen eines defekten Turbinenrads nicht mehr gegeben. Bei dem Turbinenrad handelte es sich um ein Einzelstück, sodass die konventionelle Herstellung ein sehr teures und aufwendiges Unterfangen darstellte. Zudem hätte die Fertigung mehrere Monate in Anspruch genommen, was für das Krankenhaus somit keine Option war. Im Rahmen eines Sozialprojekts konnten einige Technologie-Unternehmen die Stromversorgung binnen kurzer Zeit wieder sicherstellen. voxeljet lieferte mit seinem 3D-Druckprozess den Sandkern des Turbinenlaufrads, der innerhalb weniger Tage an einem Stück produziert wurde. Die Stromversorgung konnte somit überaus wirtschaftlich durch die innovative 3D-Drucktechnologie von voxeljet zeitnah sichergestellt werden.
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Industrielle 3D-Drucksysteme
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