|
|
|
|
|
e-Manufacturing: Hier wird die Zukunft gemacht
Was einst mit Rapid Prototyping begann, dem schichtweisen generativen Aufbau von Werkstücken, ist mittlerweile zu einem neuen Fertigungsverfahren für Kunststoff- und Metallteile mit hervorragenden Eigenschaften für den Einsatz als Endprodukt, auch in der Serie, geworden. Weltmarktführer im e-Manufacturing ist die EOS GmbH Electro Optical Systems in Krailing bei München. Der folgende Artikel zeigt, was vor allem Konstrukteure über die neuen, zukunftsgerichteten Möglichkeiten wissen sollten.
Es lässt auch erfahrene Ingenieure immer wieder staunen: Am Anfang ist eine Kiste mit Pulver und nach ein paar Stunden kann man daraus ein fertiges, unter Umständen höchst komplexes Werkstück entnehmen. Das ging am Anfang nur mit Kunststoff, mittlerweile funktioniert es auch mit anderen Materialien, allen voran Metall. Selbst höchst beanspruchbare Werkstoffe wie Inconel stehen heute zur Verfügung.
Höchste Zeit, dass diese neue Fertigungsverfahren sich verbreitern, denn sie schaffen – richtig eingesetzt – große Wettbewerbsvorteile. Dazu müssen schon die Konstrukteure einiges wissen. Wichtige Hinweise, auch zur weiteren Information, wurden mit der Firma EOS erarbeitet.
Lasersintern als Schlüsseltechnologie
Die EOS GmbH wurde 1989 gegründet und hat sich zunächst mit der Stereolithographie beschäftigt. Dabei werden die Schichten eines Werkstückes in flüssigem Kunststoff belichtet.
 Diese Turbinenschaufel entstand komplett in additiver Schichtbauweise. Der Werkstoff, Inconel 718, zeichnet sich durch gute Zug-, Dauer-, Kriech- und Bruchfestigkeit in Temperaturbereichen bis 700 Grad Celsius aus.
Später kam das Lasersintern hinzu. Hier ist der Ausgangswerkstoff ein Pulver, welches Schicht für Schicht, entsprechend der Kontur, mit Hilfe eines Laserstrahles ausgehärtet wird.
EOS hat sich dann ab 1995 ganz auf das Lasersintern konzentriert, weil dieses Verfahren deutlich mehr Möglichkeiten bietet, unter anderem auch bezüglich der möglichen Werkstoffe. Mit den EOS-Systemen werden Kunststoffe, Metalle und Formsand (zur Erstellung von Sandgussformen) verarbeitet.
Heute hat EOS rund 300 Mitarbeiter, 250 davon in Krailling. Das Unternehmen agiert weltweit und hat ca. 1000 Lasersintermaschinen im Markt. Den Löwenanteil von 750 Systemen nimmt dabei immer noch die Kunststoffverarbeitung ein.
Auf den drei Hauptmärkten Europa, USA und Asien hat EOS jeweils ein Technical Center etabliert, diese kümmern sich um Vertrieb, Service, Trainings und Applikationen.
Für verschiedene Werkstoffe und Baugrößen hat EOS eine Reihe von Maschinen entwickelt. Für Details dazu sei auf die Homepage des Unternehmens verwiesen, weil hier nun mehr die Sicht des Konstrukteurs verfolgt werden soll.
 Lasersinter-Anlage EOSIN P 760 für Kunststoffteile bis 700 x 380 x 580 mm.
Wann lohnt sich e-Manufacturing?
Die Grenzen sind natürlich fließend, aber mit e-Manufacturing ist die Fertigung von individualisierten Produkten mit hochkomplexen Formen möglich – bis hin zur Stückzahl 1 – was mit konventionellen Fertigungsmitteln bisher nicht denkbar war.
Für den Konstrukteur heißt das zum Beispiel:
- aus vielen einzelnen Kleinteilen ein Integralteil machen zu können, welches anders nicht zu fertigen wäre (Reduzierung der Stücklistenkomplexität, der Beschaffungsaufwendungen und der Lagerhaltungskosten)
- Formteile zu konstruieren, die dann ohne eine Form hergestellt werden können (kleine Stückzahlen, uneingeschränkte Gestaltungsfreiheit)
- beliebige Formen aus Designgründen realisierbar
- beliebig komplexe Innenkonturen sind machbar Z. B. Für konturnahe Kühlung oder Medienführung innerhalb eines Bauteils etc,)
- schwer zerspanbare Werkstoffe wie Titan, Nickelalloy, Titan etc., für die eventuell die nötigen Fertigungsmittel fehlen, können problemlos genutzt werden, wenn sie aus konstruktiven Gründen angesagt wären.
„Durch Lasersintern hergestellte Teile sind praktisch mit allen konventionellen Fertigungsverfahren weiter zu bearbeiten, aber auch, bei entsprechenden Materialien, zu härten oder einer Oberflächenveredelung zu unterziehen,“ so der EOS-Produktmanager für den Bereich Metall, Joseph Weilhammer.
 Lasersinter-Anlage für Metallteile. Sie erreicht eine Genauigkeit am Teil von 20 bis 40 µm.
„Unsere Verfahren haben weiterhin einen großen Vorteil, wenn ein Teil über seinen Lebenszyklus hinweg öfter geändert wird. Bei konventionell hergestellten Teilen bedeutet das immer auch entsprechende Änderungen an Werkzeugen, Vorrichtungen, NC-Programmen usw. Bei e-Manufacturing muss man nur einmal die Maschine bezahlen, veränderte Teile verursachen keine Extrakosten“, ergänzt Florian Pfefferkorn, Produktmanager für den Bereich Kunststoffe.
Übrigens kann es mit Hilfe solcher Maschinen auch interessant sein, Ersatzteile „on demand“ zu produzieren, also erst dann, wenn sie wirklich benötigt werden.
Die Werkstoffe
In den Bereichen Metall und Kunststoff bietet EOS mittlerweile eine breite Palette an Werkstoffen an, die hier nur in gewissen Gruppen aufgelistet werden. Weitere Details, auch bezüglich der Werkstoffkennwerte, kann man unter folgendem Link ersehen:
http://www.eos.info/de/produkte/werkstoffe.html (unterschiedliche Werkstoffe - bitte linke Bedienleiste nutzen)
Zunächst zu den Kunststoffen:
„Unsere erste Werkstoffgruppe basiert auf Polyamid 12 (PA) und wird als PA2200 ohne Zusätze angeboten. Dieses Material gibt es dann mit verschiedenen Füllmaterialien, welche die Eigenschaften stark beeinflussen“, erklärt Florian Pfefferkorn.
Genannt werden
- Aluminiumgries (EOS Alumide): bessere Wärmeleitfähigkeit, leichtes finishen
- Karbonfasern (EOS CarboMide): sehr leicht und steif, interessant zum Beispiel für den Motorsport, allerdings sind die Teile mechanisch anisotrop (unterschiedliche Eigenschaften in x-, y- und z-Richtung), daher muss der >Konstrukteur die Lage im Bauprozess vorgeben.
- Glaskugeln: (PA 3200 PF): sehr verschleißfest
Als weiteren Werkstoff nennt Pfefferkorn Polyamid 11, „das schlagzäher und flexibler aber auch weniger steif als Polyamid 12 ist.“
Ein Beispiel für praktisch unendlich viele mögliche Kunststoffteile. Es wurde in einer Schichtstärke von 150 µm gebaut. Die Bandbreite reicht von 60 bis 180 µm, je nach Kundenanforderung.
Für den Einsatz beim Vakuumguss bzw. überall da, wo es um verlorener Modelle geht, bietet EOS Primecast 101 an. Dieser Werkstoff verhält sich im Prinzip wie ein Wachsling.
Als sein „stärkstes Pferd“ bezeichnet Pfefferkorn den Hochleistungspoymer- Werkstoff EOS PEEK HP3. „Er ist mit seinem Schmelzpunkt von 360 Grad schwer entflammbar, zugfest bis ca. 90 MPascal, druckfest, biokompatibel und extrem verschleißfest.“
Weitere Kunststoff-Werkstoffe finden Sie unter: http://www.eos.info/de/produkte/werkstoffe/werkstoffe-aus-kunststoff.html
Part Property Profiles
Anlässlich der Euromold 2009 stellte EOS das neue Konzept des Part Property Management auf Basis von standardisierten Parametersätzen vor, die in Kombination mit ebenfalls standardisierten und qualitätsgesicherten Maschinen und Werkstoffen definierte Bauteileigenschaftsprofile erzeugen – so genannte Part Property Profiles (PPP). Dadurch lassen sich die dazugehörigen Materialkennwerte sicherstellen, damit vor allem Konstrukteure aber auch Fertiger und Endanwender auf einheitliche und verlässliche Daten zugreifen können.
Auch hierzu gibt es Online weitere Details.
http://www.eos.info/produkte/e-manufacturing-loesungen/part-property-management.html.
Metallwerkstoffe
„Grundsätzlich sind die gesinterten metallischen Werkstoffe in ihren Eigenschaften mit den entsprechenden konventionellen Werkstoffen zu vergleichen“, betont Joseph Weilhammer. „Bei manchen ist es sogar so, dass durch das Herstellungsverfahren feinere Gefügestrukturen entstehen als bei den konventionellen, welche bessere mechanische Eigenschaften hervorbringen. Dann hat der Konstrukteur noch eine gewisse Reserve.
Aluminiummaterialien gibt es für verschiedene Einsatzzwecke, wo leichtes Material benötigt wird, zum Beispiel EOS AlSi10Mg mit ausgezeichneter Wärmeleitfähigkeit.
 Schnitt- und Teilansicht eines Formkerns für eine Spritzgussform. Durch geschickte Anbringung der Kühlkanäle am Mantel des Kerns (fertigbar nur durch Lasersintern) konnte die Produktivität beim Spritzen um bis zu 70 Prozent gesteigert werden.
Ferner gibt es den Werkzeugstahl 1.2709 für den Einsatz in Spritzguss- und Druckgusswerkzeugen. Er ist bis HRC52 härtbar. Zusätzlich bietet EOS mit EOS Directmetal 20 eine Bronze-Sinterlegierung an, die in Prototypenwerkzeugen zum Einsatz kommt.
„Mit Cobaltchrome-Werkstoffen bedienen wir unter anderem die Lebensmittelindustrie, die Medizintechnik und auch die Luft- und Raumfahrt. Dieser Werkstoff ist unter anderem nichtrostend“, so Weilhammer. Ein bedeutender Einsatzereich ist die Dentaltechnik mit Cobaltchrome SP2.
Für dem Schwerpunkt Luft- und Raumfahrt hat EOS leichte aber hochfeste Werkstoffe wie Nickelalloy, entspricht Inocnel 718, entwickelt. Werkstoffe wie diese werden für Turbinenschaufeln (siehe Bild), Laufräder und Triebwerksteile eingesetzt, übrigens auch in der Formel 1. Für die gleiche Zielgruppe gibt es auch ein Reintitan, EOS TiCP, welches aber auch in der Medizintechnik zum Einsatz kommt.
Werkstückgrößen und Genauigkeiten
In der Kunststofftechnik lässt die größte Maschine von EOS, EOSINT P 760, Werkstücke bis zu einer Größe von 760 x 380 x 560 mm (x, y, z) zu. Das ergibt eine Werkstückdiagonale von fast 1 Meter. Sind die Werkstücke kleiner, können Mehrfachnutzen gefahren werden, was sehr produktiv ist.
Bei Metallsystemen, EOSINT M 270, ist ein maximaler Bauraum von 250 x 250 x 215 mm (x, y, z) möglich.
Die kleinsten Strukturen (dünnste vertikal aufgebaute Wände) betragen bei Kunststoff 0,4 bis 0,45 mm, bei Metall 0,2 bis 0,4 mm.
„Bei den Genauigkeiten darf man bei Kunststoff Werte im Bereich einiger Zehntel erwarten (thermischer Prozess), bei Metallteilen indes liegt die Genauigkeit bei +/- 20 bis 40 µm“, so Joseph Weilhammer.
Maschine kaufen oder Dienstleister nutzen?
Nicht für jeden Betrieb wird sich gleich die Anschaffung einer eigenen Lasersinteranlage lohnen. Als Daumenformel kann man sagen, wenn eine Anlage im Kunststoffbereich zu 50 Prozent und im Metallbereich zu 80 Prozent ausgelastet werden kann, lohnt sich die Anschaffung. Für alle anderen Fälle gibt es Dienstleister – hier in Mitteleuropa auch in genügender Dichte. Auch dazu hält EOS eine Übersicht bereit unter http://www.eos.info/kontakt/dienstleistungsunternehmen.html.
 Florian Pfefferkorn, Produktmanager für den Bereich Kunststoffverarbeitung bei EOS.  Joseph Weilhammer, Produktmanager für den Bereich Metall bei EOS.
Schlussbemerkung
e-Manufacturing auf der Basis von Lasersintern ist weder ein Allheilmittel, noch Alchemie, sondern eine reale Möglichkeit, in vielen Bereichen neue Ideen besser, zum Teil auch kostengünstiger, zu realisieren. Wer jetzt „einsteigt“ kann bald die Früchte ernten.
www.eos.info
- Karl Obermann -
|
|
|
Anzeige:
|
Alle Produkt-, Schrift-, Firmennamen und Logos sind Warenzeichen oder eingetr. Warenzeichen der jeweiligen Firmen
© 2024 CAD.de by is-point, Lenggries | Datenschutz
|
