Welt der Fertigung
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3D- Drucker sorgt für Top-Gussteile

Zeitersparnis von bis zu 60 Prozent

Um Sandgussformen für den Metallguss schneller und kostengünstiger herstellen zu können, setzt der Fahrzeugtechnikhersteller Lütgemeier GmbH auf das Drucksystem ›VX1000‹ von Voxeljet.

Moderne Rennwagen oder leistungsverstärkte Edelfahrzeuge bringen bis zu 900 PS auf die Straße und beschleunigen in unter vier Sekunden von 0 auf 100 km/h. Doch das schaffen sie nur, weil unter der Motorhaube ein Ensemble aus Sonderbauteilen arbeitet – unter anderem speziell angepasste Verdichtergehäuse, Getriebe, Turbolader, Ölpumpen und Drosselkappen. Sie entstehen bei Spezialherstellern wie der Lütgemeier GmbH aus Steinhagen bei Bielefeld. Dort werden seit über 30 Jahren Fahrzeug- und Motorenteile für namhafte Automobilhersteller gefertigt.

Die Herausforderung: In der Automobilindustrie werden Anforderungen und damit Bauteilgeometrien zunehmend komplexer. Die Herstellung von Gussformen, in denen das flüssige Metall die Form des Bauteils annimmt, werden damit kosten- und zeitintensiver – unter anderem, weil eine aufwändige Herstellung von Spezialwerkzeug dafür nötig ist. Um Kunden trotzdem Flexibilität und kurze Lieferzeiten garantieren zu können, machte sich ein Lütgemeier-Team auf die Suche nach einer Automationslösung. Fündig wurde man bei Voxeljet, einem Hersteller industrieller 3D-Drucksysteme.

Investierte wurde in die ›VX1000 PDB‹ (Phenolic-Direct-Binding), ein professionelles 3D-Drucksystem für industrielle Anwendungen. Entwickelt und gebaut in Deutschland, 2 800 x 2 400 x 2 300 mm groß und 3,5 Tonnen schwer. Die Maschinenauslastung bei Lütgemeier liegt derzeit bei einhundert Prozent. In Stoßzeiten mit einer extrem starken Nachfrage nimmt Lütgemeier weiterhin die bewährte Voxeljet-Dienstleistung in Anspruch, um den Bedarf an 3D-gedruckten Bauteilen zu sättigen. Die VX1000 ermöglicht die automatisierte Herstellung von Sandgussformen. Der Anwender lädt eine CAD-Datei – die digitalen Konstruktionspläne der Sandgussform – auf das 3D-Drucksystem.

Dann breitet der sogenannte ›Recoater‹ auf der 1 000 x 600 x 500 Millimeter großen Bauplattform eine 300 Mikrometer dicke Quarzsandschicht aus. Anschließend appliziert ein Druckkopf einen Phenolharzbinder überall dort, wo die Gussform entstehen soll. Eine mobile Infrarotlampe fährt über das Baufeld, um das Aushärten des Binders zu beschleunigen. Als nächstes senkt sich die Bauplattform um eine Schichtstärke ab und der Prozess beginnt von vorn – solange, bis die Form fertiggestellt ist. Nach dem Druck entnimmt ein Mitarbeiter die fertige Gussform und entfernt überschüssigen Quarzsand mit Druckluft oder einem Pinsel.

Doch anstatt diese Form an die Gießerei zu geben, was wieder Zeit kosten würde, vergießt die Lütgemeier GmbH neben Leichtbaulegierungen wie Aluminium auch hochhitzefeste Stähle selbst. Sogar die komplette Nachbearbeitung der Bauteile kann der Fahrzeugtechniker im eigenen Haus übernehmen. Mehrere Fünfachs-Fräsmaschinen sowie Drehmaschinen und mehrere Messmaschinen stehen dazu zur Verfügung. So schafft es die Lütgemeier GmbH optimale Bauteile zu produzieren, ohne die Lieferkette durch Zwischenstopps in die Länge zu ziehen.

In der Praxis bewährt

Die Effizienz dieser Prozessoptimierung zeigt ein Beispiel aus der Praxis. Das in Bottrop ansässige Unternehmen Brabus spezialisiert sich seit über 40 Jahren auf die Veredlung von Mercedes-Benz-Automobilen. Unter anderem schuf Brabus auf Basis des ›Mercedes-AMG G 65‹ die ›Brabus G900‹. Der darin verbaute V12 Biturbo-Motor liefert 900 PS und beschleunigt das G-Modell in gerade einmal 3,9 Sekunden auf 100 km/h. Das ist Sportwagenniveau in einem Geländewagen. Möglich wird das durch die Leistungsoptimierung des Motors. Spezielle Turbolader mit einem vergrößerten Verdichtergehäuse aus dem Hause Lütgemeier tragen zu dieser enormen Leistungssteigerung bei.

Hülsmann ist von der Investition in das 3D-Drucksystem überzeugt. Schließlich ist die Zeitersparnis enorm. Dank dieses Drucksystems sowie der kompletten Nachbearbeitung ›inhouse‹ bis hin zur Qualitätssicherung, konnten man bei der Herstellung komplexer und qualitativ hochwertiger Sandgussformen eine Zeitersparnis von bis zu 60 Prozent erreichen. Die Automation sorge sowohl für gesteigerte Flexibilität als auch Produktivität und letztlich hohe Zufriedenheit bei Kunden, die Bauteile schneller denn je in Händen halten.

»Durch den schichtweisen Aufbau können wir Geometrien und Bauteile konstruieren, die mit herkömmlichen Methoden nicht herstellbar wären« sagt Jörn Gander, Director für Technik und Entwicklung bei Brabus. Ein weiterer Vorteil: Die Kosten für die Herstellung der Sandgussformen sind gesunken. »Bei komplexen Bauteilen ist der 3D-Druck aufgrund der nicht vorhandenen Werkzeugkosten bei einer Gesamtkostenbetrachtung bis zu einer bestimmten Losgröße stets günstiger als die konventionelle Vorgehensweise«, Matthias Steinbusch, Manager Sales EMEA bei Voxeljet. »Je kleiner die Losgröße, desto größer ist der Kostenvorteil der Voxeljet-Technologie.« Auch das spielt Brabus in die Hände.

Das G900 Modell gibt es insgesamt nur 10-mal auf dieser Welt. Eine Losgröße in der der 3D-Druck eine maximale Wirtschaftlichkeit in der Produktion gewährleistet. Das Phenolic-Direct-Binding ermöglicht zudem neue Gestaltungsmöglichkeiten. Konstrukteure müssen weder auf Entformungsschrägen, Trennlinien noch Hinterschnitte achten und können selbst filigranste Innengeometrien realisieren. Das industrielle Piezo-Druckkopfsystem der VX1000 arbeitet mit einer Auflösung von bis zu 300 dpi. Der nicht verklebte Quarzsand ist zudem im PDB-Prozess zu einhundert Prozent recyclingfähig und kann beim nächsten Druck erneut zum Einsatz kommen. Eine weitere Kostenersparnis.

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