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Gussteile in kleinen Losgrößen haben Konjunktur. Waren es in der Vergangenheit vorwiegend Automobilhersteller und Zulieferer, die in der Erprobung und im Prototypenbau Bauteile und Komponenten aus Metallguss in sehr kleinen Stückzahlen benötigten und dafür im 3D-Druck eine überlegene Technologie zur Herstellung der benötigten Sandkerne und Formen fanden, hat sich das Verfahren im Laufe der Zeit in einer Vielzahl von weiteren Industriezweigen etabliert. Heute kommt das 3D-Druckverfahren neben den klassischen Applikationen überall dort zum Einsatz, wo die schnelle und wirtschaftliche Herstellung von Sandformen auf dem Programm steht.

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VX4000 heißt das größte 3D-Drucksystem von voxeljet. Es bietet die Möglichkeit, auch größer dimensionierte Projekte schnell und wirtschaftlich zu realisieren.

Breites Spektrum an Formen
Der Durchbruch dieser Technologie macht sich auch im Dienstleistungszentrum der voxeljet technology GmbH bemerkbar. Hier entstehen auf leistungsfähigen 3D-Druckanlagen hochwertige Sandformen und Kerne für den Metallguss exakt nach Kundenvorgaben. „Noch nie haben wir ein derart breites Spektrum an Formen gedruckt und noch nie so viele Kunden aus unterschiedlichen Industrien bedient wie heute“, erklärt Ingo Ederer, Geschäftsführer der voxeljet technology GmbH.

Zwei Faktoren sind es, denen man diese positive Entwicklung zuschreibt: Zum einen ist es die Kenntnis über die grundlegenden, verfahrens­immanenten Vorteile der 3D-Drucktechnologie, die sich in allen Industriebereichen immer schneller verbreitet, zum Anderen forcieren die erzielten Quantensprünge bei der Performance der 3D-Drucksysteme maßgeblich deren Anwendungsmöglichkeiten.

Im Gegensatz zur konventionellen Herstellung von Formen, bei der allein die Fertigung von Modellplatten oder Kernkästen mehrere Wochen in Anspruch nehmen kann, lassen sich im 3D-Druck kleinere Sandformen bereits in wenigen Stunden erstellen. Die Formen entstehen ohne aufwändige und teuere Formeinrichtung vollautomatisch rein nach CAD-Daten im sogenannten Schichtbauverfahren mittels wiederholtem Auftrag von 300 µm dicken Quarzsandschichten, die über den Druckkopf der Anlage selektiv mit einem Binder verklebt werden. Nach dem Druckprozess muss die Form nur noch entpackt, also von überschüssigen Sand befreit werden – fertig.

Trends µ-genau

Designmöbel aus dem Drucker
Welche Möglichkeiten und gestalterischen Freiheiten die 3D-Drucktechnologie bietet, zeigt sich exemplarisch bei der Herstellung von Designermöbeln in geringen Stückzahlen. Das Design eines Stuhls des belgischen Stardesigners Peter Donders wurde mit dem Modellierprogramm Rhino3D auf dem Computer umgesetzt. Der für den 3D-Druck benötigte CAD-Datensatz lag damit vor. Für die Herstellung des Stuhls mit seinem komplexen Rochendesign wurden insgesamt fünf Sandformen im Dienstleistungszentrum bei voxeljet in Augsburg gebaut. Die größte Einzelform hatte Dimensionen von 1105 x 713 x 382 mm. Der Herstellprozess des Stuhls stellte hohe Anforderungen an den 3D-Druck und an den Abguss, da es sich um ein sehr dünnwandiges Aluminiumguss-Konstrukt handelt.

Weit größere Gestaltungsfreiheit
Mit der 3D-Drucktechnologie lässt sich nicht nur die Herstellungszeit für Prototypen und Kleinserien signifikant verkürzen, auch die Gestaltungsfreiheit des Konstrukteurs ist weit weniger eingeschränkt als bei konventioneller Fertigung. Konstruktionen können strukturgerecht erfolgen, ohne auf Entformungsschrägen oder Hinterschnitte achten zu müssen. Selbst im Erprobungsstadium geänderte Formen können ohne zeitintensive Änderung von Werkzeugen sofort entsprechend der neuen CAD-Daten ausgedruckt werden.

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Zur Herstellung des Stuhls mit seinem komplexen Rochendesign wurden fünf Sandformen im Dienstleistungszentrum bei voxeljet in Augsburg gebaut.

Neben dem zeitlichen Aspekt sprechen aber auch Kostengesichtspunkte für den Einsatz der Schichtbautechniken. Der 3D-Druck ist bei einer Gesamtkostenbetrachtung aufgrund der nicht vorhandenen Werkzeugkosten bis zu einer bestimmten Losgröße erheblich günstiger als die konventionelle Vorgehensweise. Je kleiner die Losgröße, desto größer ist der Kostenvorteil der voxeljet-Technologie. Je nach Komplexität und Größe der Formen rechnet sich der 3D-Druck heute oftmals noch bei Losgrößen von mehreren 100 Teilen.

Ausschlaggebend für die sprunghaft gestiegene Akzeptanz der 3D-Drucktechnologie über alle Branchen hinweg sind auch die gewaltigen Fortschritte in der Performance der Drucksysteme. Im voxeljet-Dienstleistungszentrum kommen ausschließlich 3D-Drucker aus dem eigenen Haus zum Einsatz, denn voxeljet betreibt nicht nur eines der europaweit größten Dienstleistungszentren für die On-demand-Fertigung von Formen, sondern hat sich auch als Hersteller von innovativen 3D-Druckanlagen weltweit einen Namen gemacht.

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Der Herstellprozess des Stuhls stellte hohe Anforderungen an den 3D-Druck und an den Abguss.

Sowohl bei der Druckqualität als auch bei der -geschwindigkeit haben sich in den letzten Jahren Quantensprünge vollzogen: Mit den Hochleistungsdruckköpfen der neuen Maschinen erreichen die Dienstleister hervorragende Auflösungen und Druckgeschwindigkeiten, die um den Faktor fünf höher liegen als noch vor einigen Jahren. Mit der VX4000 lassen sich Formen in der Größe eines Sportwagens generieren – bis vor kurzem war dies noch unvorstellbar.

Flexibel auch für Kleinserien nutzbar
Die VX4000 erlaubt die Herstellung von Sandformen mit einem Volumen von 8 m3 in den Dimensionen 4000 x 2000 x 1000 mm. Das Baufeld erlaubt einerseits die schnelle Herstellung extrem großer Einzelformen, lässt sich aber auch flexibel für die wirtschaftliche Produktion von Kleinserien nutzen.

Die Maschine arbeitet im Vergleich zu den Standarddruckern von voxeljet mit einer über 300 Prozent höheren Baugeschwindigkeit bei gleicher Auflösung und Präzision. Möglich wird diese Performance dank eines besonders breiten Druckkopfes. Den Nutzen hat der Anwender, der von den resultierenden Zeit- und Kosteneinsparungen profitiert. Der Systemaufbau mit Bauplattformen, die abwechselnd in die Prozessstation gefahren werden, ermöglicht ein permanentes Bauen im 3-Schichtbetrieb.