Gemeinsames Hilfsprojekt für Klinik in Äthiopien:3D Druck machts möglich
Die Stromversorgung für ein kleines Krankenhaus in Äthiopien war wegen eines defekten Turbinenrads nicht mehr zu gewährleisten. Das Geld für einen Ersatz des Laufrades fehlte. Durch das gemeinsame soziale Engagement einiger deutscher und Schweizer Technologie-Unternehmen ließ sich das Problem nicht zuletzt mit Hilfe der 3D-Drucktechnologie schnell und unbürokratisch lösen.
Unter Federführung der Schweizer Turbal AG, einem mittelständischen Familienunternehmen mit 50 Jahren Erfahrung im Turbinen- und Maschinenbau, stand die Neuanfertigung des Laufrades für die kleine Klinik im äthiopischen Walga auf dem Programm. Des Weiteren beteiligten sich der 3D-Druckspezialist Voxeljet Technology aus Augsburg, die auf Solar- und Wärmetechnik fokussierte H. Lenz AG aus Niederuzwil sowie die Stahlgießerei Wolfensberger AG aus Bauma an dem Direkthilfeprojekt.
 Baufeld des 3D-Druckers VX4000
Konventionell zu teuer
Das Problem: Die konventionelle Herstellung von Laufrädern ist aufgrund der manuellen Erstellung mehrerer Sandkernsegmente und der komplizierten Hinterschneidungen ein überaus aufwändiges, zeitintensives und teueres Unterfangen. Die innovative 3D-Drucktechnologie von Voxeljet bietet eine elegante, schnelle und zugleich wirtschaftliche Lösung für solche Aufgabenstellungen. „Als wir von dem Problem erfuhren, entschlossen wir uns spontan zur Hilfe. Unsere 3D-Drucktechnologie ist für Fälle wie diese geradezu prädestiniert. Auf den modernen Druckanlagen in unserem Dienstleistungszentrum lassen sich Sandformen und Kerne für den Metallguss in erster Güte nach CAD-Daten selbst in Losgröße eins wirtschaftlich und werkzeuglos erstellen. Die Herstellung eines Sandkerns für das Laufrad ist bei uns reine Routine“, verrät Dr. Ingo Ederer, Geschäftsführer der Voxeljet Technology GmbH.
Präzise Sandform nach fünfstündiger Druckzeit
Als die benötigten CAD-Daten für das Laufrad vorlagen, machte man sich die Augsburger an die Herstellung des strömungsführenden Innenbereichs für das Francisrad. Dabei ersetzt der vollautomatisch im 3D-Druck gefertigte Monoblock-Sandkern viele aneinandergereihte, manuell zu erstellende Kernsegmente. Im Gegensatz zur konventionellen Herstellung von Formen, bei der allein die Fertigung von Modellplatten oder Kernkästen mehrere Wochen in Anspruch nehmen kann, lassen sich im 3D-Druck kleinere Sandformen bereits in wenigen Stunden drucken.
 3D-gedruckter Sandkern
In Stunden statt in Wochen
Die 250 Millimeter große Form für das Laufrad entstand Schicht für Schicht in knapp fünf Stunden. Präzision wird dabei großgeschrieben – die Genauigkeit in x-und y-Richtung setzt mit 0,2 Millimetern Maßstäbe. Grundsätzlich können auf den Großformatdruckern Formen aus Partikelmaterial in den Dimensionen 4 x 2 x 1 Meter hergestellt werden.
Die Formen entstehen ohne aufwendige und teure Formeinrichtung vollautomatisch rein nach CAD-Daten im sogenannten Schichtbauverfahren durch den wiederholten Auftrag von 300 Mikrometer dicken Quarzsandschichten, die über den Druckkopf der Anlage selektiv mit einen Binder verklebt werden. Dieses Verfahren bietet immense fertigungstechnische Vorteile, die sich in punkto Qualität, Fertigungszeit und Wirtschaftlichkeit gleichermaßen auswirken. Im konkreten Fall führte der 3D-Druck zu einer erhöhten Bauteilgenauigkeit, einer signifikant reduzierten Nacharbeit sowie zu einer exzellenten Oberflächenqualität und Konturentreue.
Hohe Festigkeit – unkomplizierte Handhabung
Nach dem Druckprozess muss die Form nur noch entpackt, also von überschüssigen Sand befreit werden – fertig. Die einfache und unkomplizierte Handhabung der Formen macht den Transport zur Gießerei zur einfachen Aufgabe. Dank ihres geringen Binderanteils von 1,2 Prozent und ihrer Festigkeit von 220N/cm? sind die Sandkerne mit denen aus der üblichen Serienherstellung vergleichbar. Die Formen können sofort weiterverarbeitet werden und sind für den Abguss bereit.
 Schlichten des Kerns
„Im konkreten Fall haben wir uns zu einer Kombination von 3D-gedrucktem Sandkern für die komplizierte Turbinengeometrie und konventionell hergestellter Außenform entschieden. Das heißt, wir nutzen den Vorteil des 3D-Drucks dort, wo er am größten ist – bei der Herstellung des komplizierten Innenbereichs. In den meisten Fällen lohnt es sich, sowohl Innenbereich als auch Außenform im 3D-Druck herstellen zu lassen. Letztendlich ist es eine Frage der Stückzahlen und individuellen Gegebenheiten, wie die Außenform herzustellen ist.
 Poliertes Laufrad
Die Stahlgießerei Wolfensberger, die bei der Herstellung von komplexen Gussteil-Prototypen verstärkt auf Sandmodelle von Voxeljet setzt, war auch bei diesem Projekt von der Qualität der 3D-Drucke sehr angetan. Der Abguss überzeugte auch die Schweizer Turbal AG. Durch die Hilfe zur Selbsthilfe der beteiligten Unternehmen ist die Stromerzeugung der Klinik in Äthiopien wieder sichergestellt. „Unbürokratische Direkthilfe-Projekte wie dieses sind aus unserer Sicht sehr effektiv und stellen zudem sicher, dass die Hilfe genau dort ankommt, wo sie benötigt wird. Für uns war es ein Vergnügen, einen sinnvollen Beitrag zu einem sinnvollen Projekt leisten zu können“, resümiert Dr. Ederer.
www.voxeljet.de
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