3d-LASER ProX320: Feinstes Niveau

Bolide des Rennteams der Universität Stuttgart – die Abgasanlage wurde von 3D Laser BW gefertigt. (Bild: FSG/Alastair Rankin)

Oliver Wagner
Geschäftsführer der 3D Laser BW GmbH & Co. KG

„Neben unserer umfangreichen Erfahrung im SLM-Prozess setzen wir im Vorfeld auch auf Werkzeuge wie die 3D-Expert Simulationslösung, um bestmögliche Bauergebnisse zu erzielen.“

„And the winner is …“ – Stuttgart. Genauer das Rennteam der Universität Stuttgart, das die Formula Student Combustion 2018 mit Bravour gemeistert hat. Und zwar nicht nur mit ihrem Rennfahrzeug, sondern auch mit dem dazugehörigen Gesamtpaket aus Konstruktion, Finanzplanung, Verkaufsargumentation und Rennperformance. Unterstützung bekamen die Nachwuchsingenieure bei ihrem Projekt auch von Oliver Wagner, einem der beiden Geschäftsführer der 3D Laser BW. Und zwar ganz konkret: Die Abgasanlage des Boliden stammt aus der Produktion der Benseler-Tochter – im 3D-Metall-Laserschmelzverfahren (SLM) gefertigt.

Die per SLM-Verfahren hergestellte Abgasanlage – die einzelnen Bestandteile sind von ihren Stützstrukturen befreit und zu einem Ganzen zusammengefügt.

Haarfeine Schichten

Ein solch komplexes Bauteil ist ein typisches Anwendungsbeispiel für die leistungsfähigen SLM-Anlagen in der Produktionshalle in Kirchheim unter Teck. Inzwischen gehen bei 3D Laser BW Anfragen aus der ganzen Welt ein. Vorwiegend von Unternehmen aus der Automobilindustrie, der Luft- und Raumfahrttechnik, dem Sondermaschinen- und Formenbau sowie der Medizintechnik. Für sie fertigen die Experten für 3D-Druck im Metall-Laserschmelzverfahren Direktbauteile. Dabei generiert das Schmelzverfahren unter Verwendung von 3D-CAD-Daten Schicht für Schicht die jeweiligen Komponenten. Machbar sind Schichtstärken zwischen 0,02 und 0,09 mm. Und zwar in kurzer Durchlaufzeit. Das heißt, neben Prototypen, Erstmustern und Vorserienbauteilen sind auch kleine Stückzahlen, Kleinserien und kurzfristige Lösungen machbar – jeweils in höchster Präzision. Um in diesem Bereich die Kapazitäten zu erhöhen, hat das Unternehmen jetzt seine Produktion ausgebaut: Seit Oktober 2018 sind zwei Hightech-SLM-Anlagen ProX320 von 3D-Systems mit der Software 3D-Expert mit den entsprechenden Simulationen im Einsatz. Damit kann eine stabile Serienfertigung gewährleistet werden.

Die einzelnen Teile der Abgasanlage wurden so ausgerichtet dass der Verzug minimiert wurde und möglichst wenig Supportgeometrien benötigt werden.

Additiv denken

Junge Ingenieure bei ihren Entwicklungen unterstützt Oliver Wagner gerne und schon lange. Bereits 2003 betreute er erstmals ein Formula-Student-Projekt. „Es ist eine Win-win-Situation für beide Seiten“, sagt Wagner: „Sie bekommen fachkundigen Support bei ihrem Projekt und ich lerne die nächste Generation Entwickler kennen.“ Doch nicht nur mit Taten stand Oliver Wagner den Studierenden der Universität Stuttgart zur Seite, sondern auch mit Rat. Denn bevor die CAD-Daten an den Drucker übermittelt wurden, ging er mit den angehenden Ingenieurinnen und Ingenieuren ihre Konstruktion durch. Dank langjähriger Erfahrung in der Prototypenfertigung „kann ich sehen, was tatsächlich machbar ist und wo es eventuell Probleme geben kann“ – sowohl bei der Fertigung als auch am Bauteil selbst. Im Falle des Falles wird am Entwurf und beim Datenpaket nachgebessert, um einer kosten- und zeitintensiven Fehlproduktion vorzubeugen.

Der eigentliche Druck der Abgasanlage dauerte schließlich 50 Stunden. Die einzelnen Teile des Abgassystems „wachsen“ auf einer Bauplatte Schicht für Schicht. Dafür schmilzt der Laser Inconel-625-Pulver in einer Schichtstärke von 0,04 mm Schritt für Schritt und hochpräzise zusammen. Das Ergebnis waren in diesem Fall Komponenten mit einer Wandstärke von 0,8 mm. Von der Trägerplatte abgenommen, wurden sie von ihren Stützstrukturen befreit und schließlich zu ihrer finalen Konstruktion zusammengefügt.

Qualität – ab der ersten Beratung

„Wir beraten unsere Kunden dahingehend, was das optimale Fertigungsverfahren für ihre jeweilige Komponente ist – also ob sich das SLM-Verfahren anbietet oder besser aus dem Vollen gefräst oder gar auf Sand- oder Feinguss zurückgegriffen werden sollte“, erklärt der Geschäftsführer. Darüber hinaus prüfen die Fachleute von 3D Laser BW die Machbarkeit der Bauteile und optimieren sie für das SLM-Verfahren zum Beispiel mit Blick auf Gewichtsoptimierung und die Integration von Funktionen. Auch verschiedene Simulationen vor Baubeginn gehören zum Servicepaket des Unternehmens.

Der Bauraum der neuen SLM-Anlagen umfasst jeweils 270 x 270 x 420 mm. „Und die SLM-Anlage arbeitet mit Argon, was eine hohe Material- und Oberflächenqualität zur Folge hat“, betont Oliver Wagner. Um unter Argon arbeiten zu können, wird die Luft zunächst aktiv aus der Prozesskammer entfernt, sodass der O2-Gehalt typischerweise niedriger als 25 ppm liegt. Diese Vorbereitung dauert zirka 15 Minuten.

Um das Design der jeweiligen Komponente exakt zu überprüfen und potenzielle Druckfehler zu entdecken, bevor die Daten an den Drucker übergeben werden, haben die Bauteilspezialisten zudem in eine leistungsstarke Software investiert: Die 3D-Expert Build Simulation mit ihren Simulations- und Analysemöglichkeiten erlaubt ihnen genau eine solche Vorabprüfung. „Wir verfügen zwar über viel Erfahrung, doch auch uns kann mal eine Feinheit entgehen“, weiß Oliver Wagner. „Ein korrekt gedrucktes Teil mit einer 3D-Metall-SLM-Anlage zu erzeugen, ist eine umso größere Herausforderung, je umfangreicher das Bauteil ist. Dank dieses neuen Tools können wir uns zahlreiche teure Testläufe und Fehlerkorrekturen ersparen.“

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