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GF Machining Solutions erleichtert die Herstellung von Hybridteilen

Auf 1. Oktober 2020 von Michelle J. veröffentlicht
Herstellung von Hybridteilen

In der Fertigungsindustrie werden je nach Art des hergestellten Teils viele Produktionsmethoden eingesetzt. Obwohl sich die additive Fertigung bewährt hat, sei es für Rapid Prototyping oder für Fertigteilanwendungen, bleibt sie eine Methode, die oft komplementär zu subtraktiven Fertigungsverfahren ist. Tatsächlich erlauben die derzeitigen Technologien noch nicht die Konstruktion großer Mengen und sind oft zu langsam. Additive Manufacturing wird deshalb verstärkt für Teile mit sehr komplexen Geometrien, Kleinserien, Prototyping oder Werkzeugbau eingesetzt. Es zeigt sich jedoch, dass immer mehr eine Kombination der beiden Produktionsverfahren anstrebt wird: Die so genannte „hybride Fertigung“ bietet eine Reihe von Vorteilen und ist in einigen Fällen aus wirtschaftlicher Sicht rentabler.

Die Kombination der beiden Prozesse kann jedoch einige Herausforderungen mit sich bringen. Meistens wird das Teil in 3D gedruckt und dann nachbearbeitet, um die endgültige Geometrie oder eine bessere Oberflächengüte zu erhalten. Dies ist oft der Fall bei sehr komplexen Komponenten, die innere Geometrien aufweisen, wie z.B. Kühlkanäle und alles, was nicht direkt aus einem Metallblock geschnitten werden kann. Dazu gehören Schritte wie die Entfernung des Substrats, Wärmebehandlung, Fräsen und sogar manuelles Polieren, um ein besseres Finish zu erzielen. Diese sind oft zeitaufwendig und teuer und sollten auf ein Minimum beschränkt werden.

Hybrid-Schneidwerkzeug | Bildnachweis: GF Machining Solutions

Im Zusammenhang mit der „hybriden Fertigung“ gibt es zunehmend den Ansatz der Herstellung von Hybridteilen. Dieser Prozess besteht nicht nur aus der Kombination additiver und subtraktiver Technologien, sondern, genauer gesagt, aus dem Druck direkt auf eine konventionell vorbearbeitete Vorform. Da der 3D-Metalldruck zeitaufwändig und kostspielig sein kann, ist die Benutzung eines Vorformlings eine Möglichkeit die Produktionszeit zu reduzieren und Kosten einzugrenzen und  dabe gleichzeitig die technologischen Vorteilen beizubehalten. Ein Vorformling wird maschinell bearbeitet und erhält durch die Anwendung der additiven Fertigung die Schlüsseleigenschaften, die mit herkömmlichen Verfahren nicht erreicht werden können.

Eine der Einschränkungen dieses Ansatzes liegt jedoch in der Positionierung des betreffenden Vorformlings: Die Position des Vorformlings, der auf der Druckplatte fixiert ist, ist schwer zu erkennen. Es gibt keine mechanische Verbindung zwischen der Vorform und dem optischen System, wie es beispielsweise bei einer Fräsmaschine der Fall ist. Wie können Sie also genau auf diese Vorform drucken? Viele Hersteller verlassen sich auf die visuelle Ausrichtung oder externe Koordinatenmessgeräte (CMMs). Diese Methoden sind bei weitem nicht perfekt, da sie eines hohes Fehlerrisiko und einen erheblichen Mangel an Präzision  mit sich ziehen – die Genauigkeit liegt innerhalb von 100 Mikrometern. Darüber hinaus ist es ein ziemlich zeitaufwendiger Vorgang.

Herstellung von Hybridteilen

Vorformlinge im Inneren des DMP Flex 350 | Bildnachweis: GF Machining Solutions

DMP-Kalibrierungswerkzeug, ein Werkzeug zur Erleichterung der Herstellung von Hybridteilen

Um dieses Problem zu lösen und die Herstellung von Hybridteilen zu erleichern, hat GF Machining Solutions, ein Experte für additive Metallfertigung, zusammen mit seinem Partner 3D Systems, einem der Pioniere auf dem Markt, ein Werkzeug entwickelt. Das als DMP-Kalibrierungstool bekannte Tool reduziert die Anzahl der vom Bediener gemachten Fehler und spart ihm eine beträchtliche Zeit. Es handelt sich um eine Softwarelösung, die auf der Funktionalität der Überwachung der Schmelzwanne basiert, die in die DMP-Maschinenreihe DMP Monitoring integriert ist. Diese Funktion wurde ursprünglich entwickelt, um mögliche Fehler während des Herstellungsprozesses zu erkennen. GF Machining Solutions hat jedoch seine Hauptfunktion umgeleitet. Dogan Basic, Produktmanager bei GF Machining Solutions, erklärt: „Das DMP-Kalibrierwerkzeug verwendet dieses lichtempfindliche Überwachungsgerät für einen weiteren Zweck: das Scannen von Vorformlingen, um vorbearbeitete Positionierungsbohrungen in der Werkstückoberfläche zu identifizieren.“ In der Praxis tastet der Laser die Löcher in der Vorform ab und Sensoren analysieren die Unterschiede in der Lichtreflexion. Das bedeutet, dass durch Triangulation und nach Korrektur der Orientierung der x-, y- und z-Achse durch die Software die Positionierung der Vorformlinge genau bekannt ist. Dieser Prozess kann sehr schnell und an mehreren Vorformlingen gleichzeitig durchgeführt werden. Auch das Risiko menschlichen Versagens ist ausgeschlossen. Dies ermöglicht es dem Anwender, einem bereits bearbeiteten Werkstück auf wesentlich optimiertere Weise Zusatzwerkstoff hinzuzufügen.

Schematische Erläuterung des Verfahrens zur Digitalisierung von Löchern in Vorformlingen

Was die Anwendungsseite betrifft, so sagt GF Machining Solutions, dass dieser hybride Fertigungsansatz in vielen Industrien nützlich sein wird, einschließlich der Luft- und Raumfahrt und der Medizintechnik, die komplexe Teile in Bezug auf die innere Struktur herstellen, aber auch bei der Herstellung von Implantaten der Tibiaschale. Diese könnten geometrisch präziser sein und sich gleichzeitig besser in den Körper des jeweiligen Patienten integrieren. Schließlich sollte das Werkzeug besonders für Hersteller von Formeinsätzen und Matrizen von Nutzen sein.

Dogan beendet : „Schneidewerkzeuge sind ein weiteres Anwendungsbeispiel. Zunehmend werden sie durch hybride Herstellung gefertigt, bei der eine maschinell bearbeitete Vorform verwendet wird, auf die ein additiver Abschnitt gedruckt wird. Hybridverfahren werden bevorzugt, da die Vorform eine Geometrie aufweist, die mit konventionellen Methoden sehr einfach herzustellen ist. Der Einsatz von Additive Manufacturing bei solchen Werkzeugen schafft komplizierte Schmier- und Kühlkanäle, die mit konventioneller Bearbeitung nur schwer herzustellen wären. Ein Mangel an Präzision in der additiven Fertigung kann zu einem großen Defizit in der Werkzeugleistung führen. Deshalb wird unsere einzigartige Referenzlösung sehr geschätzt.“

Weitere Informationen finden Sie auf der Website von GF Machining Solutions HIER.

Herstellung von Hybridteilen

Eine Form, die mit verschiedenen Herstellungsverfahren, einschließlich additiver Fertigung, konstruiert wurde | Bildnachweis: GF Machining Solutions

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