Smarte Effizienzsteigerung durch 3-D-Druck

Hybride Konzepte sind der aktuelle Trend, sei es hybrides Arbeiten, Hybridfahrzeuge oder hybride Messen. Die Kerndefinition ist immer dieselbe: eine Mischung aus mehreren Arbeits-, Antriebs-, oder Veranstaltungsformen, um eine Effizienzsteigerung zu erreichen. Die Entwicklungsabteilung bei BLANK beschäftigt sich laufend mit Optimierungspotenzialen im Feingussprozess. Dabei wurde auch das Verfahren des BLANK-Hybridgusses entwickelt, das sich auf dieselbe Kerndefinition stützt: die Symbiose zweier unterschiedlicher Fertigungsmethoden, um, je nach Anwendungsfall, schneller und präziser zu werden.

„Unser Ansatz wird verständlich, wenn man zunächst den regulären Fertigungsprozess beleuchtet“, erklärt Rainer Bühler, Leitung Business Development bei BLANK. Zu Beginn wird ein Werkzeug benötigt, welches zur Herstellung der Wachsteile genutzt wird. Die Wachsteile sind mit dem späteren Gussteil hinsichtlich der Abmessungen nahezu identisch. Geringe Abweichungen sind auf unterschiedliche Schwindungen von Industriewachs und der zum Einsatz kommenden Metalllegierung zurückzuführen. Im Anschluss werden die Wachsteile zu Bäumen zusammengeklebt, wodurch ab jetzt mehrere Einzelteile in einem Fertigungsschritt hergestellt werden können. Die Bildung der Gussschale erfolgt dann durch das Eintauchen der Wachsbäume in keramische Masse und die anschließende Bestreuung mit Sanden unterschiedlicher Körnung. Nach Trocknung wird das Wachs ausgedampft und die so entstandene Schale bei über 1000 °C gebrannt. Danach erfolgt der Abguss des heißen Metalls: der Feinguss. Ist die Schale vollständig erkaltet, wird diese abgeschlagen und die Teile werden vom Gussbaum getrennt, gereinigt und weiterbearbeitet.

Hybridguss

„Die Idee des BLANK-Hybridgusses ist es nun, die Fertigung des Wachsteils mithilfe eines Spritzgusswerkzeuges durch Wachs-3-D-Druck zu ersetzen“, so Bühler. „Dadurch verkürzt sich zum einen die Fertigungszeit erheblich, zum anderen können damit aber auch Teilegeometrien realisiert werden, die bisher im Feinguss nicht oder nur sehr schwer herstellbar waren.“

Dies zeigt sich zum Beispiel bei der Herstellung von Hüftpfannen. Das Gussteil besteht aus einem massiven schalenförmigen Kopf, auf dessen Oberfläche sich hunderte von kleinen sogenannten Tripoden befinden. Diese feinen, kreuzförmigen Anker sind das Bindeglied zwischen Implantat und Knochen. Zunächst wurden die Tripoden händisch im Wachsteil auf die Pfanne geklebt, was extrem zeitaufwendige, sehr filigrane Handarbeit war und wodurch jedes Implantat zum Einzelstück wurde. Innerhalb der Projektumsetzung konnte dank des BLANK-Hybridgusses eine Realisierung im Wachs-3-D-Druck erzielt werden, wodurch eine auf ein Zehntelmillimeter genaue Platzierung der Tripoden möglich ist. Händisch unmöglich! Dies gewährleistet eine sicherere mechanische Verbindung zwischen Tripoden und Hüftkopf, bringt Kontinuität in den Prozess und ermöglicht eine Reduzierung der Durchlauf- und Personalkosten.

Ein weiteres Anwendungsbeispiel findet sich im Rennsport. In dieser Branche spielt das Thema Gewichtsreduzierung eine entscheidende Rolle, um schneller und agiler zu sein. Im Rahmen einer Fertigungskooperation wurde eine bionische Radträgerkonstruktion entwickelt, die, trotz einer erheblichen Gewichtseinsparung, den erforderlichen Belastungen der Endanwendung standhält. Im Vergleich zum ursprünglichen Frästeil wurde über 40 Prozent des Gewichts eingespart. Diese bionische Teilekonstruktion ist in dieser Form ausschließlich im BLANK-Hybridguss herstellbar.

Die erläuterte Verkürzung der Fertigungszeit durch den 3-D-Druck rechnet sich besonders bei Prototypen oder Kleinserien. „Je nach Kundenwunsch besteht der Feingussprozess aus 20 bis 60 Einzelarbeitsgängen. Dies ist gegebenenfalls mit einer hohen Durchlaufzeit verbunden und büßt Flexibilität ein. Hier kann der Hybridguss, besonders bei kleinen Stückzahlen oder bei der Ersatzteilbeschaffung, eine interessante Alternative zum regulären Fertigungsprozess darstellen“, so Bühler. Für ein vollumfängliches, smartes Konzept wurde zudem ein Online-3-D-Druck-Kalkulator auf der Homepage von FEINGUSS BLANK eingebunden. „Dieser beschleunigt den Bestellprozess für unsere Kunden und ermöglicht sogar eine Fertigung der Feingussteile innerhalb von nur 23 Arbeitstagen.“

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