Additive Fertigungsverfahren erweitern Leistungsprogramm von Druckgießereien
Im 3-D-Druck-Verfahren aus Kunststoff hergestellter Prototyp eines Werkstücks (li) und das nach konstruktiver Optimierung und Anfertigung der zugehörigen Druckgießform in Serie gefertigte Werkstück aus Zinkdruckguss (re). FOTO: FRANK DRUCKGUSS
VON KATJA SPANGLER, NÜRNBERG
Mit Additiven Fertigungsverfahren haben Druckgießereien die Möglichkeit, sich neue Geschäftsfelder zu erschließen und zusätzliche Technologiekompetenzen zu erwerben. Der Markt für Additive Fertigung wächst global sehr schnell und stark – und das in unterschiedlichsten Sektoren und Anwendungsbereichen. Schlüsselmärkte sind die Luft- und Raumfahrtindustrie, das Gesundheitswesen einschließlich Medizintechnik sowie die Automobilbranche. Auch für Druckgießereien birgt die Additive Fertigung ein großes Potenzial.
Die aus dem Prototypenbau „Rapid Prototyping“ der 1980er-Jahre hervorgegangene „Additive Fertigung“ (englisch: „Additive Manufacturing“, AM) ist aus der Produktionstechnik nicht mehr wegzudenken und hat sich zu einem riesigen Markt entwickelt.
Die Anbieter von AM-Technologie arbeiten daran, die Leistungsstärke der Systeme zu steigern, die Prozesse effizienter zu machen und weitere Werkstoffe zu entwickeln, die sich für diese auch als „3-D-Druck“ bezeichneten Verfahren eignen. Deren Prinzip besteht darin, die Daten eines virtuellen Werkstücks mit einem 3-D-Drucker in ein reales Werkstück umzuwandeln. Gemäß den 3-D-CAD-Daten wird ein meist pulverförmiger Werkstoff so abgelagert, dass das Werkstück nach und nach die gewünschte Gestalt annimmt. Ein Verfahren ist das „Selektive Laserschmelzen“ (Selective Laser Melting, SLM), bei dem eine 20 bis 40 μm dicke Schicht aus Metallpulver auf eine absenkbare Platte aufgetragen und von einem Laser unter Schutzgas an Stellen, die den Werkstückkonturen entsprechen, aufgeschmolzen wird. Beim Abkühlen verfestigen sich diese Stellen. Der Vorgang wiederholt sich viele Male; nach jedem Arbeitsgang wird die Platte etwas weiter abgesenkt, sodass Schicht für Schicht das Werkstück entsteht. Die Formgebung erfolgt also durch Hinzufügen („Addieren“) von Werkstoffschichten. Als Werkstoff werden unter anderem diverse Metalle und Kunststoffe angeboten.
Die Stärken Additiver Fertigungsverfahren zeigen sich besonders dann, wenn es um Einzelstücke oder Kleinserien mit geringem Werkstoffeinsatz geht. So können Werkstücke hergestellt werden, die sich auf traditionelle Weise, zum Beispiel durch Schmieden, Gießen oder spanabhebende („subtraktive“) Verfahren, nur schwer oder gar nicht herstellen lassen, zum Beispiel Teile mit komplexer Geometrie, Hinterschnitten, Hohlräumen und inneren Strukturen. Auch ist es möglich, Wanddicken zu variieren und so die Werkstoffmenge – und somit auch das Gewicht des Fertigteils – zu reduzieren. Vorteilhaft ist auch, dass keine Werkzeuge nötig sind. Allerdings erfordert der Einsatz additiver Verfahren relativ viel Zeit und Energie. Außerdem beeinträchtigt die verfahrensbedingte Schichtlinienstruktur die Oberflächenqualität der Fertigteile, die in der Regel auch noch nachbearbeitet werden müssen, beispielsweise, um die Stützstrukturen von der Bauplatte zu entfernen.