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Variantenreiche Fertigung von Hydraulikkomponenten

Gemeinschaftsprojekt für die flexible und schnelle Herstellung 3D-gedruckter Servoventile
Variantenreiche Fertigung von Hydraulikkomponenten

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3D-Druckverfahren unterstützen die variantenreiche Fertigung. Bild: Bosch Rexroth
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Das Thema additive Fertigung gewinnt zunehmend an Bedeutung bei der Herstellung von kleinen Serien und Prototypen sowie im Bereich Industrie 4.0. Auch Bosch Rexroth setzt auf diese Zukunftstechnologie: Aktuell qualifiziert das Unternehmen gemeinsam mit Trumpf und Heraeus Additive Manufacturing ein additives Fertigungsverfahren für die wirtschaftliche Herstellung von Hydraulikkomponenten.

Das Projekt mit Schwerpunkt Selective Laser Melting (selektives Laserschmelzen im Pulverbett) beschäftigt sich mit der Fertigung von Servoventilen. Als ergänzendes Standardverfahren zur konventionellen Produktion soll dies vor allem für die kurzfristige Herstellung von Kleinserien und kundenindividuelle Varianten eingesetzt werden. Bosch Rexroth nutzt bereits mehrere 3D-Drucker zur Herstellung von Gusskernen für Steuerblöcke in Lohr und beherrscht die komplette Prozesskette vom Engineering über den 3D-Druck bis zum fertigen Produkt.

Durch ihren Variantenreichtum auf Komponentenebene eröffnet die Hydraulik hohe Freiheitsgrade, maßgeschneiderte Antriebslösungen zu konfigurieren. Auf der anderen Seite steigert diese Vielfalt den Aufwand für die Hersteller in der Fertigung. Der Einsatz des 3D-Druckverfahrens Selective Laser Melting reduziert diese Komplexität. Es ermöglicht die kurzfristige und wirtschaftliche Produktion von Servoventilen oder Schiebern für Wegeventile in kleinen und kleinsten Stückzahlen. In einem Gemeinschaftsprojekt mit Trumpf und Heraeus Additive Manufacturing qualifizieren die Fertigungsspezialisten von Bosch Rexroth aktuell die gesamte Prozesskette von der 3D-Druck optimierten Konstruktion bis zum fertigen Produkt.

Leichter, kompakter und energieeffizienter

Gedruckte Varianten sind wesentlich leichter und kompakter als konventionell gefertigte Ausführungen. Optimierte Kanalführungen verringern die Drosselverluste und steigern die Energieeffizienz. Zukünftig können Konstrukteure darüber hinaus neue Funktionen in die Komponenten integrieren. Im Verlaufe des Projekts hat das Projektteam eine hybride Fertigung von Servoventilen für zukünftige Serienanwendungen entwickelt. Dabei kombiniert Rexroth klassisch spanend hergestellte Preforms mit in 3D-Druck gefertigten Bauteilen. Als weitere Komponente testet das Projektteam das Drucken von Hohlzylindern als Schieber für Wegeventile.

Bei dem Projekt kommt die zukünftige Serienmaschine Truprint 5000 von Trumpf zum Einsatz. Bei ihr arbeiten drei 500 Watt starke Faserlaser parallel an einem Werkstück. Dadurch halbiert sich nahezu die Druckdauer eines Servoventils. Trumpf deckt zudem die gesamte Prozesskette der additiven Fertigung, einschließlich Teile- und Pulvermanagement, ab.

Heraeus Additive Manufacturing unterstützt das Projekt bei der Auswahl der am besten geeigneten Materialien und qualifiziert das Fließverhalten des Stahlpulvers sowie die Partikelgrößenverteilung im Bereich von 20 bis 40 µm. Erst eine zuverlässig hohe Pulverqualität ermöglicht eine reproduzierbare Bauteilqualität unter realen Produktionsbedingungen. Die Druckfestigkeit der bislang gedruckten Servoventile entspricht denen aus dem Vollen gefrästen Bauteilen gleichen Stahls.

Bosch Rexroth setzt bereits seit einigen Jahren das 3D-Druck-Verfahren Sandformen für die Herstellung von Gusskernen für Steuerblöcke ein. Dadurch können selbst Einzelstücke und Prototypen mit extrem kurzen Vorlaufzeiten gefertigt werden. Kunden reduzieren so die Time-to-Market ihrer Lösungen deutlich und können schnell kundenindividuelle Varianten umsetzen.

Bosch Rexroth AG
www.boschrexroth.com

Trumpf GmbH & Co. KG
www.trumpf.com

Heraeus Holding GmbH
www.heraeus.com


Multilaserprinzip beschleunigt 3D-Druck

Mit der Truprint 5000 hat Trumpf die nach eigenen Angaben weltweit schnellste und produktivste 3D-Druck-Anlage im Mittelformat für Metallbauteile vorgestellt. Sie arbeitet im Multilaserprinzip und ist mit drei scannergeführten und 500 Watt starken Faserlasern ausgestattet. Diese sind mit einer speziell konstruierten Optik so angebracht, dass sie gleichzeitig überall im gesamten Bauraum der Anlage arbeiten und so deutlich schneller und effizienter Bauteile erzeugen können – und das unabhängig von Anzahl und Geometrie der Bauteile.

Anders als bei anderen Multilaserkonzepten ist die Trumpf Variante nicht auf definierte Bereiche in der Prozesskammer begrenzt – das macht den 3D-Drucker besonders schnell und produktiv. Die von Trumpf entwickelten Belichtungsstrategien ermitteln automatisch die idealen Laserbahnen, so dass alle drei Laser immer teileübergreifend belichten können. Nahtstellen entstehen an den Bauteilen nicht, da sich die Außenkonturen nahtlos mit nur einem Laser erstellen lassen.

Die Anlage basiert auf der Fertigungstechnologie Laser Metal Fusion (LMF) und erzeugt komplexe Bauteile per Laser Schicht für Schicht im Pulverbett. Die Bauteile können eine Größe von bis zu 300 Millimeter Durchmesser und 400 Millimeter Höhe haben und aus allen schweißbaren Werkstoffen bestehen, etwa Stähle, Nickelbasislegierungen, Titan oder Aluminium sowie aus kohlenstoffreichen Warmarbeitsstählen. Die Vorheizung auf bis zu 500 Grad Celsius sichert insbesondere bei Warmarbeitsstählen und Titan eine hohe Bauteilqualität und sorgt bei allen Materialien für einen robusten Bauprozess.

Die von Trumpf entwickelten Belichtungsstrategien ermitteln automatisch die idealen Laserbahnen, so dass alle drei Laser immer teileübergreifend belichten können. Bild: Trumpf

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