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3D-Metalldruck

Gussformen aus dem 3D-Metalldrucker

| Autor/ Redakteur: Dr. Ingo Ederer* / Jan Vollmuth

Harte Zeiten für Gießereien: Der boomende 3D-Metalldruck bedroht ihre Umsätze bei bisher metallvergossenen Bauteilen. Eine Modernisierung ihrer Produktion tut Not.

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Mit der VX4000, mit einem Bauraum von 4000 mm x 2000 mm x 1000 mm laut Voxeljet das weltweit größte 3D-Drucksystem für Sandformen, lassen sich Sandgussformen werkzeuglos drucken.
Mit der VX4000, mit einem Bauraum von 4000 mm x 2000 mm x 1000 mm laut Voxeljet das weltweit größte 3D-Drucksystem für Sandformen, lassen sich Sandgussformen werkzeuglos drucken.
(Bild: Voxeljet AG)

Eine Technologie hebt ab: Der Absatz industrieller 3D-Metalldrucker steigt in den letzten Jahren immens. Vor allem Fahrzeughersteller, Flugzeugbauer, aber auch Designer erkennen das Potential der Fertigungstechnologie, die viele Vorteile bietet. Diese Erfolgsstory setzt Gießereien unter Druck: Läutet der 3D-Metalldruck das Ende des klassischen Metallgusses ein?

3D-Metalldruck konkurriert mit Gießereien in einem kleinen Segment

Eine topologieoptimierte Wartungstür für Flugzeuge. Die Kombination aus 3D-Druck und Feinguss ermöglichte eine Gewichtseinsparung von 30 % bei gleichbleibender Leistungsfähigkeit und Stabilität im Vergleich zu konventionellen Fertigungsmethoden.
Eine topologieoptimierte Wartungstür für Flugzeuge. Die Kombination aus 3D-Druck und Feinguss ermöglichte eine Gewichtseinsparung von 30 % bei gleichbleibender Leistungsfähigkeit und Stabilität im Vergleich zu konventionellen Fertigungsmethoden.
(Bild: Voxeljet AG)

Derzeit konkurriert der direkte 3D-Metalldruck, wie z.B. das Direct Metal Laser Sintering (DMLS), mit Gießereien in einem vergleichsweise kleinen Segment. DMLS-Anlagen eignen sich in erster Linie für kleinere Bauteile. 3D-gedruckte Bauteile benötigen außerdem etwa in der Luftfahrt eine zeitaufwändige Zertifizierung, die der Metallguss seit Jahrzehnten besitzt. Auch ist der direkte 3D-Metalldruck teuer aufgrund der hohen Kosten für das Metallpulver und die Anschaffung von 3D-Druckern sowie der langsamen Baugeschwindigkeiten. Und: Aus Metallpulver gedruckte Bauteile müssen meist manuelle nachbearbeitet werden, etwa um Stützstrukturen und Grundplatten zu entfernen. Bei manchen 3D-Druck-Techniken ist u.a. ein Sintern im Ofen oder heißisostatisches Pressen (HIP) notwendig, um hohe Bauteildichte und ausreichende Festigkeit zu erzielen.

Vergleich der Herstellungskosten des Autodesk Sitzrahmens für Flugzeuge, gefertigt via Guss und Direct Metal Laser Sintering.
Vergleich der Herstellungskosten des Autodesk Sitzrahmens für Flugzeuge, gefertigt via Guss und Direct Metal Laser Sintering.
(Bild: Autodesk)

Unterm Strich liegen die Durchschnittspreise für 3D-gedruckte Metallbauteile daher bei rund 300 Euro pro Kilogramm bei Aluminium, 400 Euro bei Edelstahl und bis zu 1.300 Euro pro Kilogramm bei Sonderlegierungen. Der reine Stahlgusspreis liegt hingegen bei zirka 6,50 bis 32 Euro pro Kilogramm. Hier lesen Sie im Überblick, wie 3D-Druck bis 75 % Prozent der Kosten im Sandguss einspart.

Angesichts dessen sieht es gut aus für die klassischen Gießereien. Doch was passiert, wenn sich die 3D-Technik weiterentwickelt, Bauräume größer werden, Materialien günstiger, die Nachbearbeitung automatisiert und die Technologien für die Serienfertigung geeignet sind?

Sandgussformen werkzeuglos drucken

Für Voxeljet, einem Anbieter von industrietauglichen 3D-Drucksystemen, stehen klassische Gießereien keinesfalls vor dem Aus: Auch sie können Bauteile mit komplexen Geometrien in kleinen Serien wirtschaftlich herstellen und somit ihre zukünftige Wettbewerbsfähigkeit sicherstellen – vorausgesetzt, es gelingt ihnen, komplexe Gussformen schneller und kostengünstiger als heute und ohne teure Spezialwerkzeuge zu bauen. Dieses Ziel lässt sich etwa durch den Einsatz von 3D-Druckern erreichen, die beim sogenannten Rapid Casting Sandgussformen werkzeuglos drucken. Voxeljet verweist auf die eigene VX4000, die mit einem Bauraum von 4000 mm x 2000 mm x 1000 mm nach eigenen Angaben das weltweit größte 3D-Drucksystem für Sandformen ist.

Zeit sparen, Anlagen optimal auslasten

Die Vorteile des 3D-Drucks von Gussformen: Er erfordert weder CNC-Fräsen noch andere Spezialwerkzeuge, die Gestaltungsfreiheit ist weniger eingeschränkt. Innengeometrien sind mit einer Auflösung bis 300 dpi möglich. Anders als beim 3D-Metalldruck sind keine gedruckten Stützstrukturen erforderlich. Mit den Voxeljet-Drucksystemen können mehrere Bauteile übereinander gebaut werden, in einem Druckvorgang. Das spart Zeit und optimiert die Auslastung der Anlagen. Die verwendeten Materialien werden bereits heute in Gießereien verwendet und können als Hybridteile problemlos kombiniert werden. Und schließlich: Gießereien berichten, dass sie bei der Herstellung komplexer Sandgussformen sehr viel Zeit einsparen.

Der Metall-3D-Druck wird weiter an Bedeutung gewinnen und deutlich Marktanteile von bisher metallgegossenen, kleinen und mittelgroßen Bauteilen übernehmen. Zwar wird er auch dann Seriengießprozesse nicht komplett ersetzen, doch nennenswerte Umsatzanteile erzielen. Gießereien sollten deswegen frühzeitig ihre Produktion modernisieren. (jv)

* Dr. Ingo Ederer ist CEO der Voxeljet AG

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