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Auftragen und Spanen in einer Aufspannung

Hybrid-Maschine kombiniert Fräsbearbeitung und Additive Manufacturing
Auftragen und Spanen in einer Aufspannung

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Eine Hybrid-Maschine, die Fräsen mit Laserauftragsschweißen kombiniert, hat DMG Mori entwickelt: Die Lasertec 65 Additive Manufacturing soll additive Verfahren wirtschaftlicher machen und der generativen Fertigung größerer Bauteile den Weg bereiten, wie sie etwa in der Aerospace-Industrie, im Werkzeug- und Formenbau und im Energiesektor gefragt sind.

Die generative Fertigung bietet neue Möglichkeiten für hohe Komplexität und Individualität in der Produktion, und der Markt für additive Verfahren wächst ungebrochen. Bisher waren die Verfahren jedoch auf die Herstellung von Prototypen und Kleinteile beschränkt, die sonst mit keinem anderen herkömmlichen Verfahren gefertigt werden konnten.

Sauer Lasertec, bisher bekannt für das Laserabtragen, integriert jetzt auch das generative Laseraufbauverfahren in Hightech-Maschinen. Auf der Euromold 2013 präsentierte das Unternehmen, das Teil der DMG Mori Gruppe ist, eine Hybrid-Maschine zum kombinierten Laserauftragsschweißen und Fräsen. Mit der Kombina- tion beider Verfahren, der additiven sowie der spanenden Bearbeitung auf einer Maschine, ergänzt und erweitert die additive Technologie die traditionellen Bearbeitungsmethoden, anstatt mit ihnen zu konkurrieren.
Die Hybridlösung ist in einem Kooperationsprojekt mit DMG Mori USA entstanden: Die Lasertec 65 Additive Manufacturing für die additive Bearbeitung ist mit einem Diodenlaser für das Laserauftragsschweißen ausgerüstet, wobei auch hochpräzise Fräsoperationen ausgeführt werden können. „Die Kombination von additiven und spanenden Verfahren wie Fräsen oder Drehen öffnet die Tür für die generative Fertigung großer Bauteile”, erläutert Gregory A. Hyatt, Senior Vice President & CTO, DMG Mori Advanced Solutions Development, USA. „Wir suchen nach einer Lösung für größere Bauteile, wie sie in der Aerospace Industrie, dem Werkzeug- und Formenbau oder dem Energiesektor gefordert werden. Auch konzentrieren wir uns auf die Anwendung von höheren Auftragsraten, um additive Verfahren wirtschaftlich attraktiver zu machen.“
Technologie taugt auch für große Bauteile
Im Gegensatz zum Lasersintern im Pulverbett erlaubt das Laserauftragsschweißen mit Metallpulverdüse die Herstellung großer Teile. Mit einer Baurate von bis zu 3,5 kg/h ist dieser Prozess bis zu 20-mal schneller als das Lasergenerieren von Teilen im Pulverbett. Die Kombination mit der Fräsbearbeitung ermöglicht völlig neue Anwendungen. Das Bauteil kann in mehreren Stufen aufgebaut werden, wobei zwischen dem Auftragsschweißen gefräst werden kann, um auch Stellen auf den µm genau zu bearbeiten, wo der Fräser nach Fertigstellung sonst nicht hinkäme.
Die Hybrid-Maschine kombiniert die Vorteile des Fräsens, wie zum Beispiel hohe Präzision und Oberflächengüten, mit der Flexibilität und der hohen Aufbaurate des Pulver-Auftragschweißens. „Bei Integralbauteilen, wo heute mittels Fräsbearbeitung 95 Prozent Material zerspant wird, wird mit additiven Verfahren nur dort Material aufgebaut wo es benötigt wird“, erläutert Friedemann Lell, Vertriebsleiter Sauer Lasertec, Pfronten. „Damit reduziert sich der Materialverlust auf 5 Prozent. Das führt zu signifikanten Rohmaterial- und Kosteneinsparungen.“
Das Metallpulver wird schichtweise auf ein Basismaterial aufgetragen und poren- und rissfrei mit diesem verschmolzen. Dabei geht das Metallpulver eine hochfeste Schweißverbindung mit der Oberfläche ein. Nach dem Erkalten entsteht eine Metallschicht, die mechanisch bearbeitet werden kann. Das Laserauftragsschweißen ist ein zuverlässiger und erprobter Prozess, der sich ideal in die CNC-Maschinen aus der DMU-, NT- oder NTX-Serie von DMG Mori integrieren lässt.
Integration bietet viele neue Möglichkeiten
Die Kombination von konventionellen und additiven Verfahren eröffnet dem Anwender viele neue Möglichkeiten und Vorteile. Eine Stärke dieses Verfahrens ist die Möglichkeit, Schichten verschiedener Materialien sukzessive aufzubauen. Die einzelnen Schichten können anschließend präzise spanend bearbeitet werden, bevor die Stellen aufgrund der Geometrie des Bauteils nicht mehr für einen Fräser oder andere Werkzeuge zugänglich wären. Daher macht die Hybridlösung Sinn für Instandsetzungsarbeiten und die Herstellung von Werkzeugen und Formen. Sie bietet jedoch auch viele interessante Optionen für andere Anwendungen – insbesondere im Bereich der Herstellung großer Teile, wo andere additive Herstellungsverfahren aufgrund des begrenzten Bauraums nicht angewendet werden können.

Lasersystem integriert

Die Lasertec 65 Additive Manufacturing basiert auf einer DMU 65 Monoblock und wurde von Sauer Lasertec in Pfronten in Zusammenarbeit mit DMG Mori entwickelt. Die Maschine kombiniert kompaktes 5-Achs-Fräsen mit Metallauftragsschweißen und ist mit einem 2-kW-Laser ausgestattet. Alle gebräuchlichen Metallpulver wie Stahl, Nickel, Kobaltlegierungen, Messing oder Titan können verarbeitet werden. Der Laser wird samt Pulverauftragskopf in die HSK-Werkzeugaufnahme der Frässpindel eingewechselt. Er kann automatisch in einer gesicherten Dockingstation geparkt werden, solange die Fräsoperationen auf der Maschine ausgeführt werden. Die Steuerung für den Laserprozess ist in einem separaten Schaltschrank untergebracht, was die Integration dieses Systems in andere DMG Mori-Maschinen erleichtert. Die Maschine soll zu den Herbstmessen 2014 in Serie gehen.

Additive Fertigung birgt Wachstumspotenzial
Das Marktvolumen für additive Fertigung metallischer Strukturen wird sich in den kommenden zehn Jahren mehr als vervierfachen. Zu diesem Ergebnis kommt eine Studie von Roland Berger Strategy Consultants (www.rolandberger.com). Die Herstellung von dreidimensionalen Objekten mithilfe von 3D-Druckern für metallische Strukturen (Additive Manufacturing) könnte schon bald in der Serienproduktion eingesetzt werden. Die Kosten, die mit dieser Technologie verbunden sind, werden in Zukunft deutlich sinken. Dadurch wird Additive Manufacturing für viele Anwendungsbereiche wesentlich interessanter.
„Der Einsatz der 3D-Drucker, um Metallprodukte herzustellen, bietet bereits heute ein großes Potenzial für spezielle Komponenten wie etwa Einspritzdüsen, Prothesen oder Werkzeugeinsätze“, meint Martin Eisenhut, Partner von Roland Berger Strategy Consultants. „Entwickler und Hersteller, die diesen Markt zeitig für sich entdecken und entsprechende Lösungen anbieten, können in den kommenden Jahren stark von der wachsenden Nachfrage profitieren.“ Nach Ansicht der Analysten werden gerade deutsche Maschinenbauer vom Boom der generativen Fertigung profitieren, denn sie matchen bereits heute knapp 70 Prozent des weltweiten Markts aus.
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