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Freitag, 15. Dezember 2017

Additive Fertigung

Schneller und günstiger drucken mit Metall

Von Stefan Asche | 7. Dezember 2017 | Ausgabe 49

Eine Software schafft in Sekunden, wofür Konstrukteure bisher Stunden brauchten: Die Auslegung von Stützstrukturen.

BU Materialise eStage Produktfoto
Foto: Materialise

Der Rahmen einer Drohne: Mit der neuen Software werden die Stützstrukturen automatisch konstruiert.

Angenommen, Sie wollen ein „A“ drucken. Nicht etwa mit Tinte auf Papier, sondern aus Titan im 3-D-Drucker. Dann wissen Sie vielleicht, dass das Zielobjekt beim gängigen Pulverbettverfahren zunächst virtuell in dünne Scheiben zerlegt und dann in der Maschine Schicht für Schicht mittels Laser zusammengeschmolzen wird. Eigentlich ganz simpel – jedenfalls in der Theorie. In der Praxis aber steckt der Teufel im Detail – bzw. in der Form des aufgestellten Buchstabens: Der Steg zwischen den Schenkeln muss während des Druckprozesses von unten abgestützt werden. Sonst würde er unter dem eigenen Gewicht verbiegen. Es müssen also neben der eigentlichen Kontur auch sogenannte Supportstrukturen konstruiert und gebaut werden. Genau dafür hat das Software- und Dienstleistungsunternehmen Materialise aus Belgien nun ein spezielles Programm veröffentlicht.

Experten werden an dieser Stelle anmerken, dass die Stützstrukturen vermeidbar gewesen wären, wenn man das „A“ nicht in den Bauraum gestellt, sondern hingelegt hätte. Andere Experten könnten dann allerdings entgegenhalten, dass in diesem Fall zuviel Energie pro Schicht eingebracht werden müsste. Spannungen und Materialverzug könnten die Folge sein. In der Praxis wird dem entgegengewirkt, indem dünne Strukturen mitgebaut werden, die nicht nur zum Abstützen, sondern auch zur Temperaturabfuhr dienen.

Noch komplexer wird das Dilemma, wenn man die Herstellkosten im Auge behalten muss: Titanpulver ist teuer. Gleiches gilt für die Maschinenlaufzeit. Letztlich geht es also darum, die Orientierung des Objekts im Bauraum sowie die Zahl, das Volumen und die Positionen von Stützstrukturen zu optimieren. Positiver Nebeneffekt dabei: Je weniger Supports beim Druckprozess gebraucht werden, desto weniger müssen später auch entfernt werden.

Bei besonders komplexen Bauteilen hat die Optimierungsaufgabe bisher viel Zeit in Anspruch genommen. Selbst erfahrene Konstrukteure waren nicht selten stundenlang damit beschäftigt. Anders das Softwaremodul „e-Stage for Metal“ von Materialise: Es liefert angeblich binnen Sekunden die Ergebnisse.

„Zwei Jahre hat die Entwicklung gedauert“, erläutert Produktmanager Koen Neutjens. „Dabei konnten wir aufsetzen auf unseren Erfahrungen aus dem Kunststoffdruck. Dort haben wir die automatische Optimierung von Stützstrukturen schon vor mehr als zehn Jahren eingeführt.“

Verkaufsstart war Mitte November. Die Kosten für die Software verrät der 33-Jährige nicht. Die Investition würde sich für Kunden aber schnell amortisieren. „Wir verkürzen ja nicht nur den Konstruktionsprozess dramatisch. Die Zeit zum Entfernen der Stützstrukturen wird überdies etwa halbiert. Denn der Großteil des feinen Gitters lässt sich – je nach Material – leicht abbrechen.“ Darüber hinaus könne das Restpulver, dass sich zwischen den Stützstrukturen sammelt, nach Abschluss des Druckprozesses einfach abgekippt werden. „Es fließt fast wie Wasser durch das Netz.“

Die Dichte der Stützstrukturen ist maßgeblich abhängig vom genutzten Metall. Werkstoffe mit hohem Schmelzpunkt verlangen mehr Support zur Wärmeabfuhr als solche, die sich schnell verflüssigen. Bislang hat Materialise die Software für Titan, Edelstahl und Aluminium ausgelegt. „Wir arbeiten aber mit Hochdruck an den Parametern für weitere Metalle“, so Neutjens. In der Pipeline seien derzeit beispielsweise Nickelbasislegierungen. „Ziel ist eine Lösung, die alle Materialien abdeckt.“ Der Belgier ist deshalb zuversichtlich, dass das Softwaremodul schon bald auch Einzug hält in die durchgängigen Lösungen großer Hersteller.

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