Ganze Baugruppen am Stück – in Serie 3D-gedruckt
HP produziert mit Partnerunternehmen hochkomplexe Maschinen- und Anlagenkomponenten in großen Stückzahlen mittels Binder-Jetting-Technologie.
Foto: Stefan Asche
Der 3D-Druck ist in der Serienfertigung angekommen! Der Heilige Gral der jungen Technologie ist also gefunden… Beweisstücke finden sich auf der EMO am Stand von HP (Halle 9, Stand E04). Der IT-Gigant aus den USA hat zusammen mit dem britischen Produktionspartner GKN Tausende von Teilen hergestellt – für Schneider Electric und John Deere.
Filter für Leistungsschalter von Schneider Electric
Im ersten Fall handelt es sich um Schutzfilter für Leistungsschalter. Im Auslösefall sollen sie etwaige Lichtbögen, Funkenflug und den heißen Luftdruck auffangen bzw. via Diffusion verteilen. Dazu stecken in dem massiven Gehäuse zwei verschiedene Gitterstrukturen: Eine wirkt wie ein feinporiger Metallschaum, die darunter liegende wie ein filigranes Drahtgeflecht. „Mittels konventioneller Fertigung ließe sich so was nicht herstellen“, erklärt HP-Applikationsingenieur Ulf Viehoefer.
Bypass-Ventil für Traktoren von John Deere
Beim Bauteil für John Deere handelt es sich um ein Bypass-Ventil für Traktormotoren. Es führt Treibstoff in kalten Umgebungen am Kühlaggregat vorbei, damit der Diesel nicht ausflockt. „Ursprünglich bestand die Lösung aus elf Einzelteilen“, so Viehoefer. „Schon über 3000 der gedruckten Alternativen, die jeweils nur rund 500 g wiegen, wurden bisher verbaut.“
Hergestellt mit HP Metal Jet
Hergestellt wurden beide Teile mit der „HP Metal Jet S100 Printing Solution“. Sie basiert auf dem Binder-Jetting-Verfahren. Dabei wird zunächst feines Metallpulver in hauchdünnen Schichten im Bauraum verteilt. Anschließend wird von oben ein Bindemittel eingesprüht – natürlich nur dort, wo ein Querschnitt des Bauteils entstehen soll. Eine thermische Behandlung mittels IR-Strahlern sorgt dann für die Verfestigung der jeweiligen Sektionen. Dann beginnt der Schichtaufbau von vorne.
„Unsere Schichten sind standardmäßig 50 µm stark. So erreichen wir das beste Verhältnis aus Aufbaurate und Oberflächengüte“, so Viehoefer. „Erreicht werden so am Ende bis zu 2000 cm3 pro Stunde mit einem Ra-Wert von unter 10 µm.“ Die sechs parallel betriebenen Druckköpfe mit je 10 560 Düsen sorgen für eine Druckauflösung von 1200 dpi. „Wandstärken von 1 mm sind damit problemlos realisierbar. Je nach Bauteil geht es aber auch feiner – was in der Filtereinheit des Leistungsschalters sichtbar ist“, so der Experte.
Lesetipp: Die Anfänge des Metal Jets bei HP
Fertig sind die Bauteile nach dem selektiven Bindereintrag aber noch nicht. Im nächsten Prozessschritt muss das verfestigte Bauteil aus dem losen Pulverkuchen entnommen und von residualen Anhaftungen befreit werden. „Dann spricht man von einem Grünteil“, so Viehoefer. Mechanisch voll belastbar werde dies erst nach dem anschließenden Sintern. „Erst danach haben wir eine Bauteildichte von gut 99,5 %.“
Das Schrumpfen des Grünlings im Sinterofen ist nach Angaben Viehoefers zwar nicht in allen Raumrichtungen identisch. Es ließe sich aber exakt vorhersagen – und in der Konstruktion mit einem entsprechenden Aufmaß ausgleichen.
Aktuell verarbeiten HP und GKN die Edelstahlvarianten 316L und 17-4PH. „Der Metal Jet S100 ist aber parameter- und werkstoffoffen“, erklärt der Ingenieur. „Anwender können also etliche andere Legierungen einsetzen und die Leistungsdaten der Maschine darauf abstimmen.“ Die Ausnahme seien aktuell reaktive Materialien, etwa Titan. Hintergrund: Der Bauraum ist nicht inertisiert, also nicht mir einem Schutzgas geflutet. Er misst 409 mm x 390 mm x 140 mm.
Maschinen decken fast die gesamte Prozesskette ab
Die HP-Lösung besteht nicht alleine aus dem Drucker. Zusätzlich erhältlich sind ein Powder-Management-System, in dem das Pulver vorbereitet und Restpulver aufbereitet wird. Die Resteverwertung liegt bei annähernd 100 %.
Die Pulverreste werden aufgesammelt in der Depowdering-Station, dem Anlagenteil also, in dem der Pulverkuchen vom Bauteil getrennt wird. Weiterer Bestandteil der S100-Solution sind die Build Units, also mobile Behälter, in denen die Bauteile zwischen den einzelnen Stationen verschoben werden können. Sinteröfen bietet HP nicht an.
Lesetipp: Die Anfänge des Binder-Jettings
Die großen Konkurrenten im Binder-Jetting-Bereich sind GE, Markforged (mit Digital Metal) sowie Desktop Metal (mit ExOne).
Halle 9, Stand E04
