3D-Druck wird zum Standardverfahren für Hydraulikkomponenten

Das Ziel des gemeinsamen Projektes von Heraeus Additive Manufacturing, Trumpf und Bosch Rexroth war, ein weiteres additives Fertigungsverfahren für die wirtschaftliche Herstellung von Hydraulikkomponenten zu qualifizieren. Betrachtet wurde die gesamte Prozesskette, von der Konstruktion, die auf den 3D-Druck optimiert ist, bis zum fertigen Produkt. Der Schwerpunkt des Projektes lag auf dem selektiven Laserschmelzen (Selective Laser Melting, kurz: SLM) für die Fertigung von Servoventilen und Schiebern für Wegeventile.

SLM soll nach dem Willen der Projektpartner zu einem Standardverfahren für die Fertigung von Hydraulikkomponenten werden, vor allem für kurzfristig bestellte Kleinserien und für anwendungsspezifische Varianten. Bosch Rexroth nutzt in Lohr schon länger 3D-Drucker bei der Produktion von Gusskernen für Steuerblöcke. Die Vorteile gedruckter Hydraulikkomponenten sind ihr geringeres Gewicht, die kompaktere Bauform, die niedrigeren Drosselverluste durch bessere Kanalführung sowie die Möglichkeit, weitere Funktionen in die Komponente zu integrieren.

Im Verlaufe des Projekts entwickelten die beiteiligten Unternehmen eine hybride Fertigung von Servoventilen für zukünftige Serienanwendungen. Dabei kombinierte der Hydraulikanbieter spanend hergestellte Preforms mit Bauteilen, die im 3D-Druck gefertigt wurden. Außerdem testet das Projektteam das Drucken von Hohlzylindern als Schieber für Wegeventile.

Heraeus Additive Manufacturing unterstützte das Projekt bei der Auswahl der am besten geeigneten Materialien und qualifizierte das Fließverhalten des Stahlpulvers sowie die Partikelgrößenverteilung im Bereich von 20 bis 40 Mikrometer. Eine hohe Pulverqualität ermöglicht eine reproduzierbare Bauteilqualität unter realen Produktionsbedingungen. Die Druckfestigkeit der bislang gedruckten Servoventile entspricht der Festigkeit von Bauteilen gleichen Stahls, die aus dem Vollen gefrästen wurden. Trumpf deckte die gesamte Prozesskette der additiven Fertigung, einschließlich Teile- und Pulvermanagement ab und stellte den Drucker, einen Truprint 5000. Bei dieser neuen Maschine arbeiten drei 500 Watt starke Faserlaser parallel an einem Werkstück. Dadurch ist der Drucker vergleichsweise schnell. Das Unternehmen zeigt dieses Modell auf der diesjährigen Formnext vom 13. bis 16. 11. 2018 in Frankfurt.

Mit der hohen Vorheizung von bis zu 500 Grad Celsius kann die neue Maschine hitzebeständige Materialien wie kohlenstoffhaltige Stähle verarbeiten. Außerdem steigt die Bearbeitungsqualität bei Werkstoffen wie Titan, weil sich Spannungen im Bauteil verringern und weniger Nacharbeit erforderlich ist. Bei dem neuen Drucker ist das Verfahren stärker automatisiert; einige bisher notwendige Eingriffe der Mitarbeiter entfallen.

Für die Serienfertigung hat der Hersteller auch automatisierte Lösungen für mehr Prozesssicherheit und zur Qualitätssicherung entwickelt. Kommt es während des Drucks zu einem Fehler, beispielsweise einer feinen Rille oder einem Fremdkörper im Pulverbett, sind die Bauteile nicht mehr brauchbar. Deshalb hat der Hersteller mehrere Verfahren entwickelt, die die Qualität der Bauteile schon während des Drucks prüfen. Dazu gehört das Powder-Bed-Monitoring, bei dem eine hochauflösende Kamera im Drucker nach jeder Schicht ein Bild des Pulverbetts macht und die Aufnahme an ein IT-System übermittelt. Dieses wertet die Bilder echtzeitnah aus, erkennt Prozessfehler und informiert den Maschinenbediener automatisiert.