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Der Betriebsleiter 4/2019

Der Betriebsleiter 4/2019

ADDITIVE FERTIGUNG I

ADDITIVE FERTIGUNG I SPECIAL Düsen einfach drucken Herstellung und Funktion von Kanalreinigungsdüsen mit 3D-Druck optimieren Bislang fertigt man Kanalreinigungsdüsen in vier Schritten: Material zuschneiden, Drehen, Fräsen und Kleben. In Kooperation mit dem Düsenhersteller USB Düsen und der Hochschule Heilbronn hat das Hochtechnologieunternehmen Trumpf die Prozesskette mit Additive Manufacturing (AM) verkürzt und die Bauteile optimiert. Um größere Abwasserkanäle zu säubern, werden sogenannte Reinigungsbomben, die durch einen Schlauch mit einem Fahrzeug verbunden sind, auf einem Schlitten durch den Kanal geführt. Rund um den Kopf der Bombe sind 12 bis 15 Düsen verschraubt, aus denen Wasser herausspritzt. Der Strahl trifft mit einem Druck von bis zu 300 bar auf die Kanalwand und löst den Schmutz. Dieser kann schließlich vom Fahrzeug über den Schlauch eingesaugt werden. Obwohl die Düsen der Bombe simpel aufgebaut sind, benötigt man für die Herstellung vier Schritte. Das Rohmaterial, hier Edelstahl, wird erst zugeschnitten und anschließend in der Drehmaschine zu einem massiven Gewinde geformt. Danach wer- den zwei Rohlinge in einer Vorrichtung der Fräsmaschine positioniert, in der die Kontur einer Mutter auf die Stirnseite gefräst wird. Zuletzt klebt der Werker von Hand einen Keramikeinsatz hinein. „Für jeden Schritt muss der Mitarbeiter das Bauteil aus der Maschine herausnehmen. Außerdem kommt es beim Kleben oft zu Ungenauigkeiten, wodurch die Strahlführung verändert wird“, kritisiert Fatih Arikcan, Applikateur Additive Manufacturing bei Trumpf. Hier setzte Trumpf an: Mit dem Einsatz von Additive Manufacturing wollte man die Herstellungszeit verkürzen und gleichzeitig die Reinigungsleistung verbessern. Hybride Prozesskette für maximale Ersparnis Für die neuen Düsen verfolgten die Experten einen hybriden Ansatz, also eine Kombination von konventionellen und additiven Verfahren. Beim massiveren Unterbau mit Gewinde, der Preform, sahen sie weiterhin die Drehmaschine vor. „Der Prozess läuft solide. AM bringt hier keinen Mehrwert. Es würde im Gegenteil die Prozessdauer sogar verlängert“, konstatiert Arikcan. Die folgenden Schritte – Fräsen und Kleben – sollte der 3D-Drucker übernehmen. Als Herstellungsverfahren wählte Trumpf das Laser Metal Fusion (LMF), bei dem ein Laser das Bauteil Schicht für Schicht im Pulverbett aufbaut. „Das Verfahren ist für komplexe Geometrien prädestiniert. Diese benötigen wir, um die Funktionalitäten – also maximale Reinigungsleistung mit minimalem Wasserverbrauch – zu realisieren“, erläutert Arikcan. Außerdem haben die Trumpf-Experten das Bauteil so konstruiert, dass beim Drucken keine Stützstrukturen erforderlich sind und die Nacharbeit entfällt. Da eine Software den Druckprozess steuert, gehören Ungenauigkeiten, die beim manuellen Kleben oft entstanden sind, der Vergangenheit an. Für bessere Bauteileigenschaften vergrößerten die Trumpf-Mitarbeiter den Aufsatz der Düse und integrierten eine äußere Kanalführung. Auf diese Weise wird dem System Luft zugeführt und der Strahl trifft fokussierter auf die Reinigungsfläche. Die Preforms samt Aufdruck lassen sich unmittelbar nach dem Druckprozess in die Bomben hineindrehen. Dafür ist es nicht einmal notwendig, die Substratplatte aus der Maschine auszubauen. „Damit ist erstmals eine Serienfertigung für die Stückzahl von 10 000 Düseneinsätzen pro Jahr möglich“, berichtet Arikcan. Maschinenverfügbarkeit und Bauteileigenschaften verbessert Um die 3D-gedruckten Bauteile zu testen und zu validieren, haben die Trumpf-Experten einen Prüfstand aufgebaut. „Die Messungen haben ergeben, dass sich bei den konventionellen Arbeitsschritten 53 % Zeit einsparen lassen“, freut sich Arikcan. Zum Einsatz kam der von Trumpf entwickelte 3D-Drucker TruPrint 1 000 mit Single-Laser-Funktion. Mit einer Multi-Laser-Anlage wäre die Ersparnis sogar noch größer, so der Experte. Die neuen Düsen überzeugen auch mit einer besseren Strahlführung. „Wir konnten zeigen, dass der Wasserstrahl ruhiger verläuft als beim konventionellen Aufbau. Außerdem rechnen wir damit, dass sich der Druck auf der Fläche erhöht und der Wasserverbrauch reduziert“, freut sich Arikcan. Ein weiterer positiver Effekt ist, dass sich die Verfügbarkeit der Dreh- und Frässtationen steigert. www.trumpf.com Im Fokus Effizienz Nachhaltigkeit Sicherheit 36 Der Betriebsleiter 4/2019

SPECIAL I ADDITIVE FERTIGUNG Modulare Maschine vereint 3D-Druck und subtraktive Verfahren Horizon 2020, das Forschungsund Innovationsprogramm der EU, hat zehn Partner, darunter Autodesk sowie Universitäten, Forschungseinrichtungen und weitere Technologieanbieter im Projekt Large Additive Subtractive Integrated Modular Machine (LASIMM) vereint. Ziel war die Entwicklung einer Maschine, die Komponenten für die anspruchsvollsten Branchen direkt aus CAD-Modellen herstellen kann. Nun erreicht das Projekt einen wichtigen Meilenstein: Eine hybride Fertigungsmaschine befindet sich aktuell in der Testphase. U.a. stehen Funktionen für additive Fertigung, Zerspanung, Kaltbearbeitung, Messtechnik und Inspektion zur Verfügung. Diese Technologien bieten eine optimale Lösung für die hybride Fertigung großer technischer Komponenten. Dazu sind bei der Massenproduktion in der additiven Fertigung bis zu 20 % weniger Zeit- und Kostenaufwand sowie 15 % mehr Produktivität möglich. Als Softwarepartner verschiebt Autodesk die Fertigungsgrenzen von einer einzelnen CAM-Anwendung hin zu einer multidisziplinären Maschine. www.autodesk.com Sicherheit bei der additiven Fertigung Wenn es um die additive Fertigung geht, reicht die Expertise der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) von der Charakterisierung der Ausgangsmaterialien über die Bauteilprüfung bis zur Standardisierung der Verfahren. Die BAM kann hier auf langjährige Erfahrung beispielsweise mit Schweißverfahren und in der zerstörungsfreien Prüfung zurückgreifen. Diese werden für die Weiterentwicklung additiver Fertigungsverfahren und den sicheren Einsatz additiv gefertigter Bauteile genutzt. Unter dem Motto „We add Safety to Additive Manufacturing“ bearbeiten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der BAM in aktuellen Forschungsvorhaben folgende Fragen: Wie lässt sich ein zuverlässiges Prozessmonitoring entwickeln, um aufwendige Bauteilprüfungen zu vermeiden? Wie lässt sich voraussagen, wie belastbar additiv gefertigte Teile sind, die beispielsweise in Gasturbinen zum Einsatz kommen? Wie lassen sich mit innovativen Materialien additive Fertigungsverfahren für den Baubereich weiter erschließen, um zum Beispiel komplexe Ersatzteile für Infrastrukturanlagen herzustellen? Ziel ist es, die Forschungsergebnisse in die industrielle Anwendung zu überführen. Einen Überblick über die Bandbreite der Forschung gibt die Publikation „Additive Fertigung an der BAM – Sicherheit im Fokus“, die unter www.bam.de/am-broschuere zur Verfügung steht. www.bam.de Forschungsprojekt zum 3D-Metalldruck Ein Unternehmen, das sich auf additive Fertigungsverfahren mit Metall und den Sondermaschinenbau spezialisiert hat, ist die ponticon GmbH. Im Rahmen eines Forschungsprojektes will ponticon nun nach eigenen Angaben den 3D-Metalldruck revolutionieren. Hierbei soll das EHLA Verfahren (Extremes Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen), eine Gemeinschaftsentwicklung des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT und des Lehrstuhls für Digital Additive Production DAP der RWTH Aachen University, mit einer eigens dafür entwickelten Hochleistungs-Kinematik in die dritte Dimension erweitert werden. Dabei entstehen völlig neue Möglichkeiten im Bereich der additiven Fertigung von Metallbauteilen. www.ponticon.de In 1Minute online konfiguriert ... in1bis 3 Tagen geliefert ... ... mit 40% mehr Lebensdauer* Kein aufwändiges Konstruieren von Zahnrädern mehr: Individuelles hochabriebfestes Zahnrad in 60 Sekunden online konfigurieren und sofort bestellen. Keine Werkzeugkosten durch 3D-Druck, effizient ab Stückzahl 1. * im Vergleich zu POM-Zahnrädern. Schneckenrad-Tests mit 5 Nm Drehmoment und12 U/min im 2.750 qm igus ® Testlabor. .de/3DZahnrad igus ® GmbH Tel. 02203-9649-975 info@igus.de plastics for longer life ® Besuchen Sie uns: LIGNA, Hannover – Halle 16 Stand D 06 | FabCon 3.D/ Rapid.Tech, Erfurt – Halle 2 Stand 807 igus-MH.indd 1 26.03.2019 10:57:37 Der Betriebsleiter 4/2019 37

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