Das Velo3D-Whitepaper erklärt, wie der Metall-3D-Druck die Werkzeugproduktion verändert

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Da sich die additive Fertigung (AM) von Kleinserien auf Massenproduktion verlagert, nehmen die Spekulationen darüber zu, wie lange es dauern wird, bis AM für den Einsatz in der Massenproduktion bereit ist. Dies gilt insbesondere für die Metall-AM, da sie das Potenzial hat, die Herstellung der komplexesten Komponenten in den hochwertigsten Produkten der Schwerindustrie zu rationalisieren.

Während die Leistung einiger etablierter Metall-AM-Systeme nach wie vor fragmentiert ist, was eine Standardisierung erschwert, hat der Gesamtfortschritt bei der Qualifizierung von Metallmaterialien für AM-Anwendungen in den letzten Jahren erheblich zugenommen. Ein Unternehmen, das für die Kommerzialisierung solcher Fortschritte verantwortlich ist, Velo3D, hat kürzlich ein Whitepaper veröffentlicht, das die tatsächlichen Auswirkungen veranschaulicht, die AM auf Automobilwerkzeuge haben kann – ein indirekter Einstieg in den Massenproduktionsmarkt.

Dies kann in vielen Zusammenhängen gesehen werden, obwohl der Schwerpunkt des Velo3D-Whitepapers – Einsätze für den Druckguss – ein Bereich ist, der besonders reif für Metall-AM ist. In einem zukünftigen Beitrag wird erläutert, wie die vollständig integrierte Metall-AM-Lösung von Velo3D speziell für die Herausforderung des Druckens von Metalldruckgusseinsätzen optimiert ist. Hier beginne ich zu erklären, wie Metall-AM mit konventionellen Fertigungsmethoden harmoniert, um den Druckgussprozess in der Automobil-Massenproduktion zu beschleunigen.

Das Whitepaper mit dem Titel „How Additive Manufacturing is Transforming Tooling“ stellt sein zentrales Thema anhand des Begriffs „AM-fähige konventionelle Fertigung“ vor. Auch wenn mir der Ausdruck nicht bekannt war, habe ich das Konzept, auf das er sich bezieht, sofort verstanden, da der 3D-Druck zu diesem Zweck immer häufiger eingesetzt wird, vor allem in Bereichen wie Luft- und Raumfahrt, Energie und Automobil. Das Wesentliche ist, dass Fertigungsabläufe durch den Einsatz von AM zur Herstellung von Werkzeugkomponenten sowohl die Produktion von Endverbrauchsteilen beschleunigen als auch Design- und Leistungsmerkmale implementieren können, die mit herkömmlichen Methoden nicht möglich wären.

Beim Druckguss wird geschmolzenes Metall in zwei Formen („Matrizen“) gegossen und gewartet, bis das Metall vollständig abgekühlt ist. Wenn das Teil abkühlt und dadurch erstarrt, werfen Stifte das fertige Produkt aus. Dieser Aspekt – vollständig abgekühltes Metall – ist der Schlüssel zum gesamten Prozess, und damit er mit der für die Massenproduktion erforderlichen Geschwindigkeit ablaufen kann, verwenden Druckgusseinsätze in der Regel als Teil ihrer Konstruktion Kühlkanäle, in die Kühlmittel eingespritzt wird. um den Temperaturabfall und die Erstarrung zu beschleunigen.

Da das Metall erst ausgeworfen werden kann, wenn jeder Abschnitt des Teils fest ist, verzögert der letzte Abschnitt, der abkühlt, den gesamten Vorgang. Laut Velo3D macht das Warten auf das Abkühlen des Druckgusseinsatzes rund 70 Prozent der Herstellungszeit eines Druckgussteils aus. Dies ist also eindeutig die Phase, die zur Beschleunigung des Produktionsprozesses angestrebt werden muss, und selbst die kleinsten messbaren Gewinne könnten hier letztendlich eine Gesamtwirkung haben. Das erklärt, warum die Optimierung von Kühlkanälen so außerordentlich folgenreich ist.

Allerdings gibt es eine klare Grenze dafür, wie viel mit herkömmlichen Herstellungsmethoden in dieser Hinsicht erreicht werden kann. Herkömmliche Kühlkanäle werden typischerweise in geraden Linien mit 90-Grad-Schnittpunkten in die Form gebohrt. Dies schränkt die geometrischen Möglichkeiten zur Zuführung der Kühlflüssigkeit ein und führt zu Rissbildungsstellen an den Kreuzungspunkten.

Metal AM löst beide Probleme: Kühlkanäle können in die Struktur von Druckgusseinsätzen gedruckt werden, die dann zu den größeren Druckgussbereichen mit den längsten Kühlzeiten mit einem Abschnitt hinzugefügt werden können, der das Kühlmittel an den optimalen Punkt bringen kann. Sie können in Formen gestaltet werden, die es dem Kühlmittel ermöglichen, Bereiche eines Teils zu erreichen, deren Erstarrung am längsten dauert, oder Abschnitte, in denen die Aufrechterhaltung der Materialeigenschaften von entscheidender Bedeutung ist. Diese werden als „konforme Kühlkanäle“ bezeichnet und sind eine der großen Erfolgsgeschichten des AM-Einstiegs in die Welt der Endverbrauchsteile.

Allerdings ist nicht jede Metall-AM-Plattform dieser Aufgabe gewachsen, obwohl einige perfekt dafür geeignet sind. Insbesondere der Velo3D Sapphire XC, der auf den vollständig integrierten proprietären Softwareplattformen des Unternehmens basiert, ist genau das richtige Gerät für diese Aufgabe. Auch dies wird in einem zukünftigen Beitrag erläutert, aber jeder, der es selbst herausfinden möchte, kann das Whitepaper hier herunterladen.

Bilder mit freundlicher Genehmigung von Velo3D

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