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Additive Fertigung

Im Mainstream angekommen

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Ralf Steck - Die Textwerkstatt

Eines der bekanntesten Beispiele für additive Fertigung in Metall sind die Einspritzdüsen der neuen GE-Jettriebwerke, die im A320 Neo oder der Boeing 737 MAX zum Einsatz kommen. Die innere Gestaltung der Düsen ist entscheidend für eine optimale Verteilung des Brennstoffs – je besser dieser zerstäubt wird, desto weniger verbraucht das Triebwerk. Die GE-Ingenieure wussten schon lange, wie die optimale Düse innen aussehen sollte, diese komplexe Form ließ sich jedoch nicht fertigen und so entstand diese Düsen bisher aus mehr als 20 Teilen, die miteinander verschweißt wurden. Das war aufwändig, teuer und ungenau.

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Inzwischen druckt GE diese Düsen in der optimalen Geome- trie und steigt auf Grund der Erfahrungen ganz groß in die additive Metallfertigung ein. Bis ins Jahr 2020 will GE 40.000 dieser Düsen pro Jahr fertigen – pro Triebwerk sind 19 dieser Düsen verbaut. Neben der signifikanten Brenn- stoffersparnis durch die optimale Formgebung spart GE pro Triebwerk 435 kg. GE hat inzwischen den deutschen Anbieter Concept Laser und das schwedische Unternehmen Arcam gekauft, die beide im Metall-3D-Druck tätig sind.

AM hilft beim Refitting

Siemens Mobility nutzt seit über drei Jahren eine kunststoffverarbeitende Additive Manufacturing-Anlage von Stratasys und zeigt dabei, wie die additive Fertigung im Ersatzteil- beziehungsweise Refitbereich helfen kann. Die von Siemens Mobility gebauten Straßenbahnen und anderen Schienenfahrzeuge sind oft mehr als 30 Jahre in Betrieb, entsprechend werden immer wieder Ersatzteile für sehr alte Fahrzeuge angefordert. Andererseits sind Straßenbahnen sehr individuell an den Anforderungen des jeweiligen Auftraggebers, also der Verkehrsgesellschaften angepasst, so dass viele Teile in sehr kleinen Stückzahlen verbaut wurden und im Ersatzteilgeschäft jede Lagerhaltung unwirtschaftlich wäre.

Ersatzteile nachmodellieren

Zudem werden immer wieder geänderte Ersatzteile angefordert, beispielsweise Armlehnen für den Fahrersitz, in denen verschiedene Bedienelemente untergebracht sind. Wird nun beispielsweise ein neues Sicherheitssystem nachgerüstet, ist Siemens Mobility in der Lage, die alte Armlehne nachzumodellieren und mit Aufnahmen für die neuen Bedienelemente zu ergänzen. Das 3D-Modell wird dann auf der Stratasys Fortus 900-Anlage gedruckt und die „neue alte“ Armlehne an den Kunden geliefert. Siemens Mobility nennt dies „Spareovation“ (Kunstwort aus spare part und innovation). Die in der Fortus-Anlage verarbeitbaren Materialien entsprechen sogar den strengen Brandschutzauflagen für öffentliche Transportmittel.

Auch größere Komponenten entstehen im 3D-Druck-Verfahren, so zeigte sich, dass die ursprünglich einteiligen Kupplungsschürzen vorne an den Straßenbahnen nicht optimal waren, da bei einem kleinen Rempler an einer Seite immer die gesamte Schürze ausgewechselt werden musste. Inzwischen hat Siemens Mobility eine dreiteilige Schürze entwickelt, deren Teile einzeln ausgewechselt werden können und in die sogar noch Tagfahrlicht integriert ist. Auch diese Ersatzteile entstehen auf der Additive Manufacturing-Anlage.

Funktionen integrieren

Volvo Trucks hat ein Pilotprojekt gestartet, bei dem die Potentiale der additiven Fertigung und vor allen der kon- struktiven Freiheiten, die diese Technologien mit sich bringen, ausgelotet werden sollten. Die Ingenieure überarbeiteten einen bestehenden LKW-Motor und nutzten konsequent die Möglichkeiten für Leichtbau und Funktionsintegration, die AM ermöglicht. So war es ihnen möglich, den Motor 25 % leichter zu machen – in absoluten Zahlen wurden 120 kg eingespart – zudem ließen sich 200 Einzelteile einsparen. Alleine in den Motorblock ließen sich 80 Teile integrieren, im Zylinderkopf wurde die Funktion von 40 Teilen von anderen Teilen mit übernommen. Die Einsparpotentiale in Montage, Ersatzteilhaltung und anderen Bereichen sind signifikant.

Die Beispiele zeigen, wo die additive Fertigung Vorteile bietet: Wenn es um komplexe Geometrien geht, die sich konventionell nicht fertigen lassen oder wenn kleine Stückzahlen und individualisierte Ersatzteile auf Anforderung hergestellt werden. Die additiven Technologien eröffnen dem Konstrukteur völlig neue Möglichkeiten, Funktionen in ein Bauteil zu integrieren oder Geometrien ohne Rücksicht auf die Komplexität zu optimieren. So werden die höheren Stückkosten bei weitem kompensiert. AM bietet völlig neue Möglichkeiten – man muss sie nur finden. (ud)

* Dipl.-Ing. Ralf Steck Freier Fachjournalist CAD/CAM, IT und Maschinenbau, Friedrichshafen.

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