Funktionsintegrierter Kühlmantel zur Aufnahme eines E-Motors aus Inconel 718 (fräs- und drehtechnisch veredeltes Laserschmelzteil)
Mit zwei Anlagen für das Metall-Laserschmelzen ergänzt Toolcraft sein Portfolio um ein generatives, pulvermetallurgisches Verfahren. Novum ist, formlos gefertigte Bauteile bei Bedarf zerspan- und drehtechnisch zu veredeln. Werkzeuglose Bauteile können nun binnen weniger Tage hergestellt werden.
Funktionsintegrierter Kühlmantel zur Aufnahme eines E-Motors aus Inconel 718 (fräs- und drehtechnisch veredeltes Laserschmelzteil)
Generatives Metall-Laserschmelzen für zeitnahe Bauteillösungen

Freiheit für die Geometrie

Der lasergeschmol-zene Kühlmantel wird für das Fräsen vorbereitet
Der lasergeschmol-zene Kühlmantel wird für das Fräsen vorbereitet

Nach erfolgreicher Einführung von Metall-Laserschmelzen (Lasercusing) im Jahr 2011 und durch die zunehmende Beliebtheit der Laserschmelzteile im Kundenkreis ermutigt investierte Toolcraft Anfang 2012 in eine weitere Anlage von Concept Laser. Gefertigt werden darauf Laserschmelzteile, die 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 Christoph Hauck, einer der drei Geschäftsführer von Toolcraft. Zu diesen Kernmaterialien zählen derzeit Aluminium- und Nickelbasislegierungen. Das Pulver wird nach jedem Bauprozess in einer externen Siebstation gesiebt, um Verunreinigungen zu entfernen und so eine gleich bleibend hohe Bauteilqualität sicherstellen zu können.

Alles in einem Schritt

Wesentliches Merkmal der Concept Laser-Anlagen ist eine geschlossene Stickstoff- oder Argon-Atmosphäre. Auch im kompletten Aufbau (Laserschmelzen mit anschließender zerspantechnischer Veredelung) sind funktionsintegrierte Bauteile möglich: So zeigt Hauck einen Kühlmantel für einen E-Motor. Das extrem kompakte Teil aus Inconel 718 verfügt über eine integrierte Kühlung mit Zu- und Ablauf des Kühlmediums, die den Motor vor Überhitzung schützt. Die Kühlung selbst wurde bei dem schichtweisen Aufbau des Kühlmantels in einem Fertigungsschritt mitgebaut. Nach dem Laserschmelzen fand eine fräs- und drehtechnische Nachbearbeitung der Konturen statt, wodurch die Einhaltung der Toleranzen sichergestellt wurde. Positiver Nebeneffekt: Das Bauteil erhält an den überfrästen Stellen die gewohnte glänzende Oberfläche, die dem Kunden vertraut ist. „Die generative Technologie eröffnet uns auch neue Entwicklungsoptionen", freut sich Hauck. „Wir können nun in ganz neuen Kategorien denken: Weg von einer formgebunden Lösung oder dem Fräsen aus dem Vollen, 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 auf der konstruktiven Seite hinsichtlich Entwicklungsgeschwindigkeit, Funktion oder Leichtbau auftun.

Konstruktion 2.0

Beim Lasercusing entstehen im Vergleich zu einem Druckgussverfahren weniger Verzug oder Lunker – im Ergebnis also weniger Ausschuss und damit mehr Qualität. Zudem ergeben sich Kostenvorteile aus dem Verzicht von Formen, mehr Geometriefreiheit und deutlich kürzere Produktions- und Entwicklungszeiten. Christoph Hauck schätzt das Potenzial der Stückkostenreduktion auf 20 bis 30 %.

Gegenüber Frästeilen ergeben sich oft weitere Vorteile: Grundsätzlich kommt es zu Materialeinsparungen mit teilweise erheblichen Kostenvorteilen. Bei einer Geometrie auf engstem Raum, was dem Trend der Zeit entspricht, geraten Fräsen oder Drehen schnell an Grenzen. Sehr komplexe, dünnwandige Strukturen, wie in Gasturbinen oder Sensoren, zählen daher 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. „ Zudem können nahezu alle Bauteilgeometrien in nur einem Fertigungsschritt hergestellt werden." Er sieht aufgrund seiner Erfahrung mit unterschiedlichen Teilen ein Einsparpotenzial von 50 bis 85 % gegenüber einer gefrästen Lösung: „Das schlägt sich, je nach Teilegeometrie, enorm bei den Stückkosten nieder."

Potenzial für die Zukunft

Schon die bisherigen Möglichkeiten des Laserschmelzens revolutionierten bei Toolcraft die Herangehensweise an neue Projekte. „Allein die Funktionsintegration und Gestaltungsfreiheit erlauben uns schon heute Lösungen, die vorher undenkbar schienen", meint Hauck. So kann beispielsweise mit dem Laserschmelzverfahren im Vergleich zu konventionellen Technologien eine größere Oberfläche konstruiert werden, die die Wärme besser abführt. In 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°. Mittelfristige Zielsetzung ist es, diese Freiheit auf 30° voranzutreiben," gibt sich der Toolcraft-Chef 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 abschließend."

Concept Laser,

Tel.: 09571 949-238,

E-Mail: info@concept-laser.de

Toolcraft, Tel.: 09172 6956-0,

E-Mail: christoph.hauck@

toolcraft.de

Der Autor Guido Radig, Inhaber von Provvido PR & Communications, Bergkirchen, erstellte den Beitrag nach Informationen der Concept Laser GmbH, Lichtenfels, und der MBFZ Toolcraft GmbH, Georgensmünd

13.10.2012


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