Additive Fertigung

Schweißdüse aus Keramik additiv gefertigt

| Redakteur: Dorothee Quitter

Durch die Schnabelform passt der Düsenkörper genau in die Schweißfuge.
Durch die Schnabelform passt der Düsenkörper genau in die Schweißfuge. (Bild: Steinbach/Endress+Hauser Flowtech)

Steinbach hat für Endress+Hauser Flowtec eine Schweißdüse aus Keramik additiv gefertigt, die perfekt für ihre Anwendung designt wurde.

Die Steinbach AG – ein mittelständisches Unternehmen mit Hauptsitz in Detmold – versteht sich als ein Dienstleister für die Fertigung keramischer Bauteile. Mit dem angewendeten 3D-Herstellungsverfahren LCM (Lithography-based Ceramic Manufacturing) hat sie sich darauf spezialisiert, feinste Keramikbauteile in hoher Qualität bis ins kleinste Detail herzustellen. Bisher war dies aufgrund der Verarbeitungsfähigkeit der Ausgangsmaterialien – zumeist Stahl oder andere Metalle – entweder unwirtschaftlich oder sogar technisch nicht möglich.

Neue Komponente gefordert

Die Endress+Hauser Flowtec AG ist ein Hersteller industrieller Durchflussmessgeräte für Flüssigkeiten, Gase und Dampf. Die meisten produzierten Geräte verfügen über einen angeschweißten Prozessanschluss. Bei der Schweißung handelt es sich um einen WIG-Prozess (Wolfram-Inertgasschweißprozess), bei dem Schutzgas über eine Gasdüse eingeblasen wird. Mit steigender Wanddicke der Messgeräte nimmt auch die Tiefe der Schweißfuge zu.

Wird der Durchmesser zu groß, kann die Standarddüse des Schweißgerätes nicht mehr in die Schweißnaht eindringen. Durch die Kombination von engen Platzverhältnissen, strömungstechnischen Überlegungen und einfacher Bedienbarkeit gibt es wenig Konstruktionsspielraum, sodass für die E+H Flowtec nur eine additiv hergestellte Schweißdüse in Frage kommt. Durch die hohe Temperaturbeständigkeit und die niedrige Porosität eignet sich ein keramisches Bauteil am besten.

Schnabelform als Lösung

Die Schweißdüse wurde im keramischen 3D-Druck-Verfahren bei Steinbach hergestellt. Durch ihre schmalere Ausführung kann sie perfekt in die Naht eindringen. Eine Besonderheit dabei ist, dass der Düsenkörper inklusive Lochblech, das zur optimalen Gasabdeckung in der Schweißnaht integriert ist, aus einem Stück gedruckt wird. Zugleich wurde ein Gewinde in das Bauteil integriert.

Dabei gestaltete sich die Zusammenarbeit wie folgt: Die vom Kunden bereitgestellten CAD-Daten wurden auf Machbarkeit untersucht und das Bauteil im Bereich der Lochung für den keramischen Druck angepasst. Sind zu große Überhänge im Bauteil vorhanden, muss mit einer Stützstruktur gearbeitet werden, die nach dem Druck entfernt wird. Dabei kann es zu minimalen Rückständen auf der Oberfläche kommen, die jedoch in den meisten Fällen durch eine passende Konstruktion vermieden werden können. Die druckfertigen Daten werden an den Drucker übermittelt und mittels integrierter Software in Druckschichten zerlegt. Die Schichtdicke beträgt dabei 0,025 mm.

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