Additive Fertigung

Ein Trumpf für die additive Fertigung

Fast scheint es so, als ob das Thema Additive Fertigung und 3D-Druck durch Newcomer am Markt bestimmt wird. Weit gefehlt! Auch klassische Anbieter der Fertigungstechnik mischen sich zunehmend ins Marktgeschehen ein. Ein Beispiel ist Trumpf. Der etablierte Hersteller von Fertigungsmaschinen ist im Bereich der additiven Fertigung 2015 durchgestartet und bietet neue Maschinen für das 3-D-Drucken von Metallteilen an. Der Hersteller hat sich auf die Verfahren Laser Metal Fusion (LMF) als auch Laser Metal Deposition (LMD) spezialisiert. Damit lassen sich Schicht für Schicht aus metallischem Pulver beliebige Bauteile direkt aus dem 3-D-Konstruktionsprogramm aufbauen.

Trumpf vereint die beiden führenden Technologien für die additive Fertigung von Metallteilen (LMF und LMD) unter einem Dach.

Die Nachfrage nach industrietauglichen 3-D-Druckern für Metallteile im Markt steigt – und Trumpf ist nach eigenen Angaben der einzige Hersteller weltweit, der mit Laser Metal Fusion (LMF) als auch Laser Metal Deposition (LMD) beide relevanten Technologien im Portfolio hat. Welches Verfahren am besten geeignet ist, hängt vom Anwendungsfall ab. LMF-Anlagen generieren Bauteile schichtweise in einem Pulverbett und spielen ihre Stärken bei der Fertigung geometrisch komplexer und sehr filigraner Bauteile aus. Bei LMD-Anlagen erzeugt der Laser ein Schmelzbad auf der Oberfläche eines Bauteils und schmilzt das zeitgleich zugeführte Pulver entsprechend der gewünschten Form auf. LMD-Anlagen zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass sie mit hoher Prozessgeschwindigkeit an bestehenden Grundkörpern definierte Strukturen anbringen.

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„LMF und LMD sind die beiden führenden Technologien für die additive Fertigung von Metallteilen – und wir haben beide unter einem Dach“, sagt Peter Leibinger, Vorsitzender der Trumpf Laser- und Systemtechnik GmbH, und ergänzt: „Wir werden robuste und produktive Fertigungsmaschinen anbieten, mit denen sich kleine und mittelgroße Bauteile mit komplexen Strukturen fertigen lassen. Unsere Kunden bekommen bei uns nicht nur die Maschine und den Laser aus einer Hand, sondern neben umfangreichen Serviceleistungen auch eine intensive Technologie- und Applikationsberatung.“

Laser Metal Fusion (LMF): Der Laser baut in einem Pulverbett die gewünschte Teileform schichtweise auf.

Schnell und flexibel Metallteile drucken
Das Prinzip der additiven Fertigung ist verlockend: Laser und metallisches Pulver bauen Schicht für Schicht beliebige Bauteile auf – die Daten kommen direkt aus einem 3D CAD-Programm. Die LMF-Technologie eignet sich beispielsweise für geometrisch komplexe Teile Innenkanäle und Hohlräume sowie für die wirtschaftliche Fertigung von Einzelteilen oder kleinen Serien. Bereits im Herbst auf der Messe Formnext präsentierte der Laserhersteller eine neue LMF-Maschine: Mit der Truprint 1000 zielt Trumpf auf genau diese Anwendungsfälle. Das kompakte Modell spricht Technologieeinsteiger und Profis gleichermaßen an und kann Bauteile mit einer Größe von maximal 100 Millimeter Höhe und 100 Millimeter Durchmesser generieren. Die für eine einfache Touchscreen-Bedienung optimierte Benutzeroberfläche führt intuitiv durch die einzelnen Prozessschritte.

Im kompakten Gehäuse der Truprint 1000 sind sämtliche Komponenten integriert: Laser, Optik, Prozesskammer, Filtereinheit und Schaltschrank. Das eigentlich Spannende spielt sich in der Prozesskammer ab, hier sitzen Vorrats-, Bau- und Überlaufzylinder in einer Achse nebeneinander. In Form von Pulver haben im Vorratszylinder bis zu 1,4 Liter Edelstahl, Werkzeugstahl, Aluminium oder andere schweißbare Werkstoffe Platz.

Laser Metal Deposition (LMD): Der Laser erzeugt ein Schmelzbad auf der Oberfläche eines Bauteils und schmilzt das zeitgleich eingebrachte Pulver entsprechend der gewünschten Form auf.

Mit der Kraft des Lasers
Zum Prozess selbst: Der so genannte Beschichter trägt Pulver vom Vorrats- auf den Bauzylinder auf. Anschließend verschmilzt der 200 Watt starke Laser die erste Pulverschicht entsprechend der Teilekontur. Im nächsten Schritt sinkt der Bauzylinder ab und das überschüssige Pulver landet im Überlaufzylinder. Dieser Vorgang wiederholt sich so lange, bis das Bauteil vollständig generiert ist. Bei jeder Rückkehr zum Vorratszylinder kippt die clevere Mechanik den Beschichter leicht, sodass dieser vergleichsweise schnell zurückfährt, ohne mit Pulverbett oder aufgebautem Bauteil zu kollidieren. Um Oxidbildung und somit Brandgefahr zu vermeiden, findet der gesamte Prozess in der Kammer unter Schutzgas und einem Sauerstoffgehalt von 0,1 Prozent statt.

Größerer Bauraum
Neben der kompakten 1000er Maschine hat Trumpf auf der Formnext auch einen Prototypen der Truprint 3000 vorgestellt. Mit dem größeren Schwestermodell, das ebenfalls auf der LMF-Technologie basiert, werden sich Bauteile mit einer Größe von bis zu 400 Millimeter Höhe und 300 Millimeter Durchmesser für die industrielle Fertigung generieren lassen. Damit der Prozess robust und die Teilequalität hoch bleiben, wird die Prozesskammer bei der 3000er Maschine auf bis zu 500 Grad Celsius temperiert.

Volumina mit hohen Aufbauraten anbringen
Auch seine LMD-Technologie hat Trumpf weiter optimiert und neue Lösungen vorgestellt. Diese eignen sich insbesondere um Volumen und Strukturen an bestehenden Bauteilen anzubringen, beispielsweise eine Anschraubfläche an ein Rohr. Bei LMD-Anlagen erzeugt der Laser ein Schmelzbad auf der Oberfläche eines Bauteils und schmilzt das zeitgleich und koaxial zugeführte Pulver entsprechend der gewünschten Form auf. Es entsteht eine Schicht aus miteinander verschweißten Raupen. Viele Schichten ergeben einen Körper, der in jede Raumrichtung wachsen kann.

Die neue LMF-Anlage Truprint 1000 kann Bauteile mit einer Größe von maximal 100 Millimeter Höhe und 100 Millimeter Durchmesser generieren.

Das große Plus bei der LMD-Technologie: Die benötigte Anlagentechnik ist ausgereift. So lässt sich je nach Anwendungsfall etwa die große Fünfachsmaschine Trulaser Cell 7040 oder auch die kompaktere Trulaser Cell 3000 mit dem neuen LMD-Paket ausrüsten. Ein weiterer Vorteil ist die erhöhte Aufbaurate: Mit Aufbauraten von bis zu 500 Kubikzentimeter pro Stunde kann LMD wirtschaftlicher als konventionelle Fertigungsverfahren sein. Zudem gibt es so gut wie keine Beschränkungen in der Materialkombination – es lassen sich nahezu beliebige Sandwichstrukturen erzeugen. Dabei erfolgt der Prozess auf dem Bauteil an der freien Atmosphäre, was Nebenzeiten reduziert und somit auch die Kosten pro Bauteil senkt.

Mit dem neuen Technologie- und Produkt-Portfolio bietet Trumpf seinen Kunden nun ein Komplettpaket aus Laserstrahlquelle, Maschine, Pulver, Serviceleistungen und Applikationsberatung – alles aus einer Hand.

Stefan Graf

Trumpf, Ditzingen, Tel. 07156/303-0, www.trumpf.com

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