Metall-3D-Druck: Diese Potenziale bringen die verschiedenen Verfahren mit

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Pulverbett oder -düse? Wo liegen die Unterschiede dieser beiden Laser- und Pulver-basierten Verfahren. Ein Unternehmen, das beide Technologien in der eigenen Fertigung nutzt, erklärt die Unterschiede und wie die Kombination Potenziale freisetzt.

Additive Fertigung, CNC Zerspanung, Spritzguss und Formenbau: Die Toolcraft AG liefert Lösungen für die gesamte Prozesskette von der Idee über die Fertigung bis zum qualifizierten Präzisionsbauteil. Dabei besetzt das Unternehmen auch aktuelle Trends wie die additive Fertigung und den Bau von individuellen Turn-Key-Roboterlösungen. Der Einstieg in die additive Fertigung erfolgte bereits vor einigen Jahren mit Anschaffung einer ersten Anlage. Nach dem Hallenneubau inklusive Labor folgten die Zertifizierungen nach Nadcap und durch den TÜV Süd. Mittlerweile betreibt Toolcraft zwölf Pulverbett-Anlagen (L-PBF), eine Anlage mit Pulverdüse (LMD) sowie ein Robotersystem mit Drahtkopf.

Metall-3D-Druck - Was unterscheidet die Verfahren?

Das Pulverbett-Verfahren (L-PBF – Laser Powder Bed Fusion) und das Pulverdüse-Verfahren (LMD – Laser Metal Deposition) ergänzen sich und bieten unterschiedliche Möglichkeiten. Im „konventionellen“ Pulverbett-Verfahren werden Metalle in Pulverform per Laser Schicht für Schicht aufgeschmolzen – werkzeuglos, mit deutlich reduziertem Zeitaufwand und erheblich weniger Ressourcen. Auf diese Weise können Leichtbau-Funktionsbauteile, hochkomplexe Geometrien und konturnahe, integrierte Kühlungen sowie weitere Funktionen realisiert werden.

Im Pulverdüse-Verfahren wird hingegen mittels Laser Material präzise auf das Werkstück aufgetragen. So lassen sich beispielsweise Beschichtungen zum Verschleißschutz aufbringen oder Reparaturen an defekten Bauteilen durchführen, um Kosten zu reduzieren. Außerdem ist es mit der Pulverdüse möglich, einzelne Komponenten zu Baugruppen zusammenzufügen, um auch große Bauteile additiv fertigen zu können. Ebenso sind hybride Bauweisen realisierbar, indem ein zweites Material auf ein bestehendes Bauteil aufgetragen wird. Für die LMD-Technologie investierte Toolcraft in eine individuell angepasste Anlage von Trumpf: eine Trulaser Cell 3000 mit horizontaler und vertikaler Rotationsachse. Diese Maschine ermöglicht das „Extreme Hochgeschwindigkeits-Laser-Auftragschweißen“ (EHLA) – entwickelt und patentiert vom Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT.

Mittels der Kombination beider Verfahren, Pulverbett und Pulverdüse, lassen sich herkömmlich additiv gefertigte Bauteile optimieren, reparieren und fügen. Auf diese Weise kann Toolcraft die Potenziale des Metall-3D-Druck optimal ausschöpfen.

Noch Luft nach oben beim Metall-3D-Druck

Eine wesentliche Herausforderung bei der additiven Fertigung besteht in der verzugsfreien Herstellung von Bauteilen. Toolcraft setzt hier auf einen simulativen Ansatz mittels intelligenter Softwarelösungen mit dem Ziel „first time right“. Weiteres Ziel ist, ein porenfreies Gefüge und homogene Werkstoffeigenschaften zu erzielen. Dabei hat sich die additive Fertigung in den letzten Jahren als belastbare Fertigungstechnologie etabliert.

Insbesondere Industrien, die eine hohe Komplexität bei niedrigen Jahres-Stückzahlen benötigen, schätzen die Vorteile: Luft- und Raumfahrt, Energietechnik, Maschinen- und Anlagenbau oder auch die Medizintechnik. Bei einer Massen- und Großserienfertigung ist die direkte additive Bauteilfertigung mit Blick auf Herstellungskosten jedoch noch nicht rentabel. Hier kann dennoch die indirekte additive Fertigung, etwa in Form von Produktionswerkzeugen, hilfreich sein.

Christoph Hauck, Vorstand Technologie und Vertrieb bei Toolcraft, erklärt: „Wie viele Entwicklungen unterliegt auch diese neuartige Fertigungstechnologie einem „Gartner-Hype-Cycle“: Nach jahrelangem Aufschwung ist man nun in der industriellen Realität belastbarer Serienfertigung kleinerer und mittlerer Losgrößen angekommen. Der Markt verzeichnet aktuell ein jährliches Wachstum im niedrigen zweistelligen Bereich. Innovationen, wie beispielsweise alternative Antriebskonzepte im Bereich der Luftfahrt sowie Micro-Launcher-Systeme in der Raumfahrt bieten große Chancen.“ Die additive Fertigung hat demnach noch großes Potenzial, sich weiterzuentwickeln, was beispielsweise Produktivität, Bauraumgröße und Pulverpreise betrifft.

Aus der betrieblichen Praxis

Mit dem Einstieg in die additive Fertigung 2011 zählte die Toolcraft AG zu den Pionieren in dieser Technologie. „Leider war damals die industrielle Belastbarkeit noch nicht gegeben. Auch die Normenlandschaft war karg. Erschwerend kam hinzu, dass bestehende Kunden die Sinnhaftigkeit und Möglichkeiten dieser Zukunftstechnologie noch nicht voll verstanden hatten“, kommentiert Hauck. Deshalb hat sich das Unternehmen sehr stark in die Normung, in Aus- und Weiterbildungskonzepte sowie in die Verbandsarbeit eingebracht und arbeitet mittlerweile unter anderem mit dem VDMA (Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau), dem DVS (Deutscher Verband für Schweißen und verwandte Verfahren e. V.) und dem BDLI (Bundesverband der Deutschen Luft- und Raumfahrtindustrie) eng zusammen. Auch mit Hochschulen, Universitäten und Forschungseinrichtungen bestehen langjährige Kooperationen, um additive Fertigungs-technologien aus dem F&E-Stadium in bi- und multilateralen Konsortien industriell belast- und multiplizierbar zu machen. Nationale Förderprojekte helfen im Idealfall, das Investitionsrisiko beherrschbar zu halten.

Toolcraft sieht sich am Markt als Problemlöser und hat das Ziel, mithilfe seines gesamten Fertigungs-Portfolios Produkte und Neuentwicklungen seiner Kunden entscheidend und nachhaltig zu verbessern. Einen Ritterschlag bedeutet es für Toolcraft, als echter Partner deklariert zu werden, wenn es um Produktentwicklungen geht, denn auch im eigenen Lieferantennetzwerk pflegt das Unternehmen die Philosophie „Zusammenarbeit auf Augenhöhe“ schon lange. Mit einem neuen Projekt zeigt der Mittelständler die bestehenden AM-Potenziale: Für die hauseigene LMD-Anlage wurde eine zusätzliche Düse benötigt, die am Markt so nicht zu finden war. Deshalb hat das Unternehmen dieses Bauteil kurzerhand selbst konstruiert und auf einer Pulverbettanlage additiv gefertigt.

Die Autorin Julia Rodenbücher ist Marketing-Managerin bei Toolcraft in Georgensgmünd.

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