Mit industriellem 3D-Druck schneller von der Werkzeugentwicklung zur Fertigung

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Vor allem für neue Produkte müssen in vielen Unternehmen zunächst passende Werkzeuge und Formen hergestellt werden. Dies ist mit hohen Kosten und viel Entwicklungszeit verbunden. Viele konventionelle Verfahren können selbst für komplizierteste Formen durch hochpräzisen industriellen 3D-Druck ersetzt werden.

Voraussetzungen für den 3D-Druck von komplexen Objekten

Zunächst wird das spätere Objekt mit CAD-Daten entwickelt. Ohne weitere Werkzeuge (Fräser, Bohrer, Feilen usw.) entsteht nun aus formlosem Ausgangsmaterial das Objekt in Schichten. Soweit nötig, umgibt ein Pulverbett das entstehende Objekt. Möglich sind auch Supportstrukturen, die anschließend manuell entfernt werden. Alles in allem muss der Auftraggeber nur ein CAD-Modell des Werkstücks in druckfähiger Qualität liefern.

Einzige Einschränkung für eine sinnvolle Qualität der Objektoberflächen sind die Aufmaße der Außenflächen. Diese sind auf 0,7 bis einen Millimeter begrenzt. Sind die wenigen nötigen Voraussetzungen erfüllt, kann die 3D-Konstruktion selbst die kompliziertesten Führungen innen wie außen nacharbeiten. Beispielsweise für Objekte mit Kühlkanälen können auf diese Weise bisher unerreichbare Feinheiten ein- und aufgearbeitet werden.

Einsatzgebiete für den industriellen 3D-Druck

Ein schönes Beispiel für die Anwendungen von 3D-Druckwerkzeugen ist die Herstellung von Werkzeugen, die nur mit integrierten Kühlkanälen funktionieren. Ziel der Werkzeugverwendung ist es, mit Hilfe von Kühlmitteln eine schnelle Wärmeableitung zu erzielen. Konventionell müssen die Kühlkanäle in das Werkzeug gebohrt werden. Allerdings kann eine Bohrung stets nur auf einer geraden Linie erfolgen.

Mit Hilfe des schichtweisen, filigranen Aufbaus im 3D-Druck können die Kanäle nun in beliebigen Winkeln durch das Werkzeug verlaufen. Dadurch fließt das Kühlmittel nicht nur schneller, sondern auch gleichmäßig hindurch. Auch nah unter der Oberfläche können nun solche Kanäle gesetzt werden (Quelle: https://www.protiq.com/3d-druck/anwendungsgebiete/werkzeugbau/).

Vorteile des 3D-Drucks für industrielle Anwendungen

  • Deutlich verbesserte Qualität von Teilen aus dem Spritzguss – hinsichtlich der Anforderungen an Werkzeuge praktisch ohne Einschränkungen im konstruktiven Entwicklungsprozess
  • Serienprodukte aus dem 3D-Druck kosten pro Teil weniger, weil sie in kürzeren Zykluszeiten entstehen
  • Konstruktionen via CAD-Vorlage müssen sich nicht länger an den möglichen Bearbeitungsverfahren orientieren – die Herstellung kann sich also komplett auf Design und Funktionalität konzentrieren
  • Immer komplexere Bauteilformen auch für medizinische und mikroskopische Einsätze möglich
  • Fertigung im 3D-Druck deutlich zügiger als mit konventionellen Herstellungsverfahren möglich
  • Druckverfahren bei später voller Strapazierfähigkeit für Metalle, Kunststoffe oder Keramiken möglich
  • 3D-Druck als Stereolithographie, PolyJet / MultiJet Modeling oder selektrives Lasersintern verfügbar

Fazit

Mit dem industriellen 3D-Druck werden mehrere Probleme gleichzeitig gelöst. Formabhängige Bearbeitungsverfahren mit geometrischen Beschränkungen entfallen. Der Zeitraum zwischen Werkzeugentwicklung und Serienfertigung verkürzt sich deutlich. Dadurch sind enorme Kosteneinsparungen und in der Folge günstigere Stückpreise möglich.

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