Präzisionsteile und Baugruppen mit Metall-Laserschmelzen fertigen Wie kommt das Neue in die Welt?

Präzisionsteile und Baugruppen mit Metall-Laserschmelzen fertigen

Wie kommt das Neue in die Welt?

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Mit zwei Anlagen für das Metall-Laserschmelzen (Laser Cusing) von Concept Laser aus Lichtenfels, ergänzt Toolcraft sein Produktportfolio in den Bereichen Drehen, Fräsen, Senk- und Drahterosion um ein generatives, pulvermetallurgisches Verfahren.
Als Partner der Entwickler und Konstrukteure entwickelt Toolcraft Präzisionsteile und hochwertige Baugruppen. Die Kunden der Georgensgmünder kommen aus den Bereichen Medizin, Automotive, Motorsport und der Luftfahrt. Die Namen lesen sich wie eine exzellente Menükarte: MTU Aero Engines, BMW, Mercedes, Carl Zeiss AG oder Phonak GmbH.
Generatives Verfahren erweitert die Möglichkeiten
Ein Novum ist, so Christoph Hauck, einer der drei Geschäftsführer bei Toolcraft, formlos gefertigte Bauteile bei Bedarf zerspan- und drehtechnisch zu veredeln. Werkzeuglose Bauteile können so nun binnen weniger Werktage hergestellt werden. Zudem entstehen Bauteile aus Originalwerkstoffen in Pulverform mit nahezu identischen Werkstoffeigenschaften.
So entstehen völlig neue Lösungen, die sofort zum Einsatz kommen können. Abgerundet wird das Ganze durch die Zulassung als Lieferant für Präzisionsbauteile in der Luftfahrt nach EN9100:2001.
Die Präzisionsteile der Mittelfranken begründen seit Jahren den ausgezeichneten Ruf als Ideengeber und Technologietreiber. Schließlich erhält der Kunde alles aus einer Hand: Komplette Lösungen einer Baugruppe als „One-stop-shopping“ über die gesamte Prozesskette – von der Entwicklung bis zur Auslieferung. Wichtig seien hier, so Hauck, „eine material- und verfahrenstechnisch unabhängige Beratung und Entwicklungsleistung. Nur so finden wir die funktional beste und gleichzeitig kostenvorteiligste Lösung.“
Technologieübergreifend entstehen so Teile und komplexe Baugruppen aus Stahl, Kunststoff, Magnesium, Alu, Titan, Nickelbasislegierungen und neuerdings aus einkristallinen Superlegierungen, die bis dato als nicht zerspanbar galten.
Neue Horizonte durch Laserschmelztechnik
Durch die erfolgreiche Einführung der neuen Fertigungstechnologie Lasercusing von Concept Laser, und der zunehmenden Beliebtheit der Laserschmelzteile im Kundenkreis ermutigt, investierte Toolcraft in eine weitere Anlage von Concept Laser.
Gefertigt werden Laserschmelzteile, die bei Toolcraft in der Regel zerspantechnisch veredelt werden. „Dabei konzentrieren wir uns derzeit auf so genannte Kernmaterialien, die von unseren Kunden aus dem Bereich Luftfahrt, Motorsport und Medizin gefordert werden“, erläutert Hauck. Zu diesen Kernmaterialien zählen derzeit Aluminium- und Nickelbasislegierungen.
Das Pulver wird nach jedem Bauprozess in einer externen Siebstation von Concept Laser gesiebt, um Verunreinigungen zu entfernen und so eine gleich bleibend hohe Bauteilequalität sicherstellen zu können.
Wesentliches Qualitätsmerkmal bei den Lasercusing-Anlagen ist eine geschlossene Stickstoff- oder Argon-Atmosphäre. Auch im kompletten Aufbau durch Laserschmelzen mit anschließender zerspantechnischer Veredelung sind natürlich funktionsintegrierte Bauteile möglich: Wie etwa beim Kühlmantel für einen E-Motor. Dieses extrem kompakte Teil aus Inconel 718 verfügt über eine integrierte Kühlung mit Zu- und Ablauf des Kühlmediums, die den E-Motor vor Überhitzung schützen. Die Kühlung selbst wurde bei dem schichtweisen Aufbau des Kühlmantels in einem Fertigungsschritt mitgebaut.
Nach dem Laserschmelzen findet eine fräs- und drehtechnische Nachbearbeitung der Konturen statt. Mit dieser Maßnahme wird die Einhaltung der Toleranzen sichergestellt. Als positiven Nebeneffekt erhält das Bauteil an den überfrästen Stellen die gewohnte glänzende Oberfläche, die dem Kunden vertraut ist.
„Die generative Technologie eröffnet uns auch neue Entwicklungsoptionen“, so Hauck: „Dabei dürfen wir nun in ganz neuen Kategorien denken. Umdenken, weg von einer formgebundenen Lösung oder dem Fräsen aus dem Vollen, und hin zu einer nahezu freien Geometrie. Das sind Freiheitsgrade, in die sich ein Konstrukteur erst mal einfinden muss.“ Die Kunden sind zunehmend begeistert von den neuen Möglichkeiten, die sich hier auf der konstruktiven Seite für Entwicklungsgeschwindigkeit, Funktion oder Leichtbau auftun.
Konstruktion 2.0: Verfahrensvergleiche und -ergänzungen
Die Möglichkeiten des Lasercusing erlauben gegenüber einem Druckgussverfahren weniger Verzug oder Lunker. Im Ergebnis also eine Reduzierung der Ausschussrate und damit mehr Qualität. Zudem ergeben sich Kostenvorteile aus dem Verzicht von Formen, mehr Geometriefreiheit und deutlich kürzere Produktions- und Entwicklungszeiten. Hauck schätzt das Potenzial bei der Reduktion der Stückkosten auf 20 bis 30 Prozent.
Gegenüber Frästeilen ergeben sich oft auch weitere Vorteile: Grundsätzlich kommt es zu Materialeinsparungen mit teilweise erheblichen Kostenvorteilen. Bei einer Geometrie auf engstem Raum, was dem Trend der Zeit entspricht, gerät Fräsen oder Drehen an Grenzen. Sehr komplexe, dünnwandige Strukturen, wie in Gasturbinen oder Sensoren, zählen beispielsweise zu den Domänen des Laserschmelzens. „Beim Lasercusing wird nur das Material verbraucht, was auch tatsächlich für das Bauteil benötigt wird. Dies bedeutet eine enorme Materialeinsparung.“ erläutert Hauck. „Weiterhin können beim Laserschmelzen nahezu alle Bauteilgeometrien in nur einem Fertigungsschritt hergestellt werden.“ Hauck sieht aufgrund seiner Erfahrung mit unterschiedlichen Teilen ein Einsparpotenzial von 50 bis 85 Prozent gegenüber einer gefrästen Lösung: „Das schlägt sich, je nach Teilegeometrie, enorm bei den Stückkosten nieder.“
Partnerschaft mit Konzept
Der schnelle Einstieg und die erfolgreiche Anwendung in der Praxis ergab sich aus den zahlreichen Angeboten und Möglichkeiten, die Concept Laser seinen Anwendern bietet. So profitiert Toolcraft von dem Knowhow, wie etwa bei der Hybridtechnik und Parallel- oder Flächenkühlung, die in der Hofmann-Gruppe entwickelt wurden. Hinzu kommen Schulungen, auch vor Ort, und zahlreiche Hilfestellungen zum Verfahren, der Anwendung oder zu den Materialien, deren Bandbreite ständig ergänzt wird. „Dabei“, so Hauck, „handelt es sich um einen kontinuierlichen Unterstützungsprozess bei kniffligen Bauteilen.“
Nach einer gründlichen Recherche der Angebote am Markt entschied sich Hauck für Concept Laser: „Wir haben erlebt, dass die getroffenen Zusagen auch wirklich umsetzbar waren und uns keine Luftschlösser versprochen wurden. Das wechselseitige Lernen von Anbieter und Anwender verläuft bei Concept Laser auf einem sehr fairen und partnerschaftlichen Niveau, um der Laserschmelz-Technik eine möglichst dynamische Entwicklung zu ermöglichen.“
Metall-Laserschmelzen mit großem Potential für die Zukunft
Schon die bisherigen Möglichkeiten des Laserschmelzens revolutionierten bei Toolcraft die Herangehensweise an neue Projekte. „Alleine die Funktionsintegration und Gestaltungsfreiheit führt uns schon heute zu Lösungen, die vorher undenkbar schienen“, meint Hauck. So kann beispielsweise mit dem Laserschmelzverfahren, im Vergleich zu konventionellen Technologien, eine größere Oberfläche konstruiert werden, die es erlaubt, Wärme besser abzuführen. In der Zukunft sieht er noch reichlich Raum für neue Ideen: Für Anwendungen im Hochleistungsbereich werden neue Superlegierungen entwickelt und zertifiziert. Das gilt natürlich auch für hochfestes Aluminium und andere Materialien, die die Einsatzmöglichkeiten auf Originalwerkstoffbasis verbreitern.
Auch bei den derzeit im Einsatz befindlichen 400-Watt-Faser-Lasern sieht Hauck bezüglich Schichtstärken und -breiten weitere Möglichkeiten, die Geschwindigkeit beim generativen Aufbau zu erhöhen. „Konstruktiv besonders relevant wird es sein, die Überhänge ohne Stützgeometrien zu erhöhen. Sie liegen derzeit bei rund 45 Grad. Mittelfristige Zielsetzung ist es, diese Freiheit auf 30 Grad voranzutreiben“, gibt sich Hauck optimistisch. Auch sind Lasercusing-Anlagen mit größeren Bauräumen ein aktuelles Entwicklungsthema, für das es zahlreiche Anwendungen gibt. „Insgesamt sind die Aussichten mehr als hoffnungsvoll, um zukünftig wettbewerbsfähig zu bleiben“, so Hauck, „denn, hinter dem Horizont geht es weiter.“
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