Neue Maschinen und Anlagen für die additive Fertigung von Metallteilen hat der Laserspezialist Trumpf entwickelt. Bemerkenswert ist insbesondere die Wiederaufnahme der Technik des Laserschmelzens im Pulverbett, bei Trumpf Laser Metal Fusion (LMF) genannt. Gemeinsam mit der seit 15 Jahren etablierten und kontinuierlich weiterentwickelten Technologie des Laserauftragsschweißens, bei Trumpf als Laser Metal Deposition (LMD) bezeichnet, bieten die Ditzinger damit beide wichtigen Verfahren zum 3D-Metalldruck an.
Das Prinzip der additiven Fertigung ist verlockend: Laser und metallisches Pulver bauen Schicht für Schicht beliebige Bauteile auf – die Daten kommen direkt aus einem 3D-Konstruktionsprogramm. Bei LMF-Anlagen entsteht das Bauteil schichtweise im Pulverbett. Diese Technologie eignet sich besonders für geometrisch komplexe Teile, beispielsweise mit Innenkanälen und Hohlräumen sowie für die wirtschaftliche Fertigung von Einzelteilen oder kleinen Serien.
Mit der neuen LMF-Maschine Truprint 1000 zielt Trumpf auf genau diese Anwendungsfälle. Die Anlage kann Bauteile mit einer Größe von maximal 100 Millimeter Höhe und 100 Millimeter Durchmesser generieren. Die für eine einfache Touchscreen-Bedienung optimierte Benutzeroberfläche führt intuitiv durch die einzelnen Prozessschritte. Im kompakten Gehäuse der TruPrint 1000 sind sämtliche Komponenten integriert: Laser, Optik, Prozesskammer, Filtereinheit und Schaltschrank. Das eigentlich Spannende spielt sich in der Prozesskammer ab, hier sitzen Vorrats-, Bau- und Überlaufzylinder in einer Achse nebeneinander. In Form von Pulver haben im Vorratszylinder bis zu 1,4 Liter Edelstahl, Werkzeugstahl, Aluminium oder andere schweißbare Werkstoffe Platz.
Zum Prozess selbst: Der sogenannte Beschichter trägt Pulver vom Vorrats- auf den Bauzylinder auf. Anschließend verschmilzt der 200 Watt starke Laser die erste Pulverschicht entsprechend der Teilekontur. Im nächsten Schritt sinkt der Bauzylinder ab und das überschüssige Pulver landet im Überlaufzylinder. Dieser Vorgang wiederholt sich so lange, bis das Bauteil vollständig generiert ist. Bei jeder Rückkehr zum Vorratszylinder kippt die clevere Mechanik den Beschichter leicht, so dass dieser vergleichsweise schnell zurückfährt, ohne mit Pulverbett oder aufgebautem Bauteil zu kollidieren. Um Oxidbildung und somit Brandgefahr zu vermeiden, findet der gesamte Prozess in der Kammer unter Schutzgas und einem Sauerstoffgehalt von 0,1 Prozent statt.
Mit dem größeren Schwestermodell, Truprint 3000, dessen Prototyp Ende 2015 auf der Formnext präsentiert wurde, sollen sich Bauteile mit einer Größe von bis zu 400 Millimeter Höhe und 300 Millimeter Durchmesser für die industrielle Fertigung generieren lassen. Damit der Prozess robust und die Teilequalität hoch bleiben, wird die Prozesskammer bei der 3000er Maschine auf bis zu 500 Grad Celsius temperiert.
Volumina mit hohen Aufbauraten anbringen
Auch seine LMD-Technologie hat Trumpf weiterentwickelt. Auf der Formnext wurden neue Lösungen vorgestellt, um Volumen und Strukturen an bestehenden Bauteilen anzubringen – beispielsweise eine Anschraubfläche an ein Rohr. Bei LMD-Anlagen erzeugt der Laser ein Schmelzbad auf der Oberfläche eines Bauteils und schmilzt das zeitgleich und koaxial zugeführte Pulver entsprechend der gewünschten Form auf. Es entsteht eine Schicht aus miteinander verschweißten Raupen. Viele Schichten ergeben einen Körper, der in jede Raumrichtung wachsen kann.
Das große Plus bei der LMD-Technologie besteht laut Trumpf darin, das die benötigte Anlagentechnik ausgereift ist. So lässt sich je nach Anwendungsfall etwa die große Fünfachsmaschine Trulaser Cell 7040 oder auch die kompaktere Trulaser Cell 3000 mit dem neuen LMD-Paket ausrüsten. Mit Aufbauraten von bis zu 500 Kubikzentimeter pro Stunde kann LMD wirtschaftlicher als konventionelle Fertigungsverfahren sein. Zudem gibt es so gut wie keine Beschränkungen in der Materialkombination – es lassen sich nahezu beliebige Sandwichstrukturen erzeugen. Dabei erfolgt der Prozess auf dem Bauteil an der freien Atmosphäre, was Nebenzeiten reduziert und somit auch die Kosten pro Bauteil senkt.
Mit dem neuen Technologie- und Produkt-Portfolio bietet Trumpf seinen Kunden nun ein Komplettpaket aus Laserstrahlquelle, Maschine, Pulver, Serviceleistungen und Applikationsberatung – alles aus einer Hand.
Trumpf GmbH + Co. KG www.trumpf.com
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