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Additive Fertigungsverfahren

Im Rahmen der von der Hochschule Pforzheim und der Cluster-Initiative für Präzisionstechnik „Hochform“ (WSP) ausgerichteten Veranstaltungsreihe „ITH – Industrie trifft Hochschule“ fand am 12. Oktober 2017 das Fachgespräch „Additive Fertigungsverfahren für metallische Bauteile“ statt. Fachleute aus Unternehmen, Professoren und Mitarbeiter der Hochschule Pforzheim hörten drei Fachvorträge aus Wissenschaft und Praxis. Thema war dabei der aktuelle Stand der Forschung und die Chancen, die sich in den Anwendungen in der metallverarbeitenden Industrie bieten.

Eine aktuelle Übersicht über die Technologiestände wichtiger additiver Fertigungsverfahren für metallische Bauteile präsentierte Professor Dr. Roland Wahl von der Hochschule Pforzheim: Laserauftragschweißen, 3D-Druck für Metallteile oder Material-Extrusion für metallische Bauteile werden zu den Additiven Fertigungsverfahren gerechnet, die noch immer nicht gängige Praxis sind, da die Fertigungsanlagen recht aufwändig und geeignete Rohstoffe teuer sind. Aber mit diesen Fertigungsverfahren lassen sich individuelle Bauteile mit hoher Präzision und erstaunlichen Werkstoffqualitäten für industrielle und private Nutzer herstellen. Laut Wahl werden durch diese innovativen Fertigungsverfahren insbesondere auch Konstrukteure zum Umdenken und zur Nutzung der neuartigen Gestaltungsmöglichkeiten für Bauteile herausgefordert – wodurch sich dann tatsächlich enorme Chancen für neue Produkte mit höherem Mehrwert eröffnen können.


Dipl.-Ing. (FH) Ralph Mayer, Manager Kundenservice und Projekte bei der Renishaw GmbH mit Sitz in Pliezhausen, stellte die Chancen der Additiven Fertigungsverfahren für die Hersteller, Nutzer und Kunden von Bauteilen im Metall- und Kunststoffsektor vor. Für die Einzelteilfertigung und für die Fertigung von Bauteilen in Kleinserien ergeben sich Vorteile durch den „3D-Druck“ gegenüber konventionellen Herstellungsverfahren. Auch für das Ersatzteilgeschäft und die Reproduktion von alten Teilen, für die es keine Originalhersteller, Zeichnungen oder Bevorratung mehr gibt, können Scanning und Additive Herstellungsmethoden für Kunden erfolgversprechend sein. Die Vorteile liegen auch in einer nachbearbeitungsarmen Fertigung sowie in der Herstellung von metallischen Bauteilen mit vorher undenkbaren komplexen Geometrien.

Fortgesetzt wurde das Programm mit einem Vortrag zum Thema „Lokales Addieren von Funktionszonen an metallischen Bauteilen durch Laserauftragschweißen“ von Dr.-Ing. Andreas Baum und Dipl.-Ing. (FH) Tom Cruz von der Hochschule Pforzheim. Das Laserauftragschweißen ist bereits aus einer Vielzahl anderer Anwendungen bekannt, bietet z.B. einen alternativen Ansatz zur herkömmlichen Herstellung von Hartmetallwerkzeugen. Bei diesem Fertigungsverfahren wird ein pulver- oder drahtförmiger Zusatzwerkstoff mit dem Laserstrahl aufgeschmolzen und mit dem Grundstoff verbunden. Dr.-Ing. Andreas Baum stellte in seinem Vortrag die Vorteile und Einsatzgebiete des Laserauftragsschweißens vor. Die Lasertechnik bietet hohe Präzision, hohe (Haft-) Festigkeit, schnelle Bearbeitungsgeschwindigkeiten und hohe Prozessflexibilität. Die Anwendungsgebiete für auf diese Weise aufgetragene Dickschichten sind vielfältig: Oberflächenveredelung und -korrosionsschutz, Reparatur- und Instandsetzungsmaßnahmen sowie die generative Fertigung mit dem Laser.
Den zweiten Teil des Vortrags bestritt Dipl.-Ing. (FH) Tom Cruz mit dem Schwerpunktthema des Panzerns von Werkzeugen für das Spritzgießen von Metall-haltigen Spritzmassen. Mit diesem modernen Fertigungsverfahren lassen sich die Oberflächen von höchst beanspruchten und verschleißgefährdeten Spritzgießwerkzeugen höchst effektiv gegen Verschleiß schützen. „Wir arbeiten daran, MIM-Werkzeuge verschleißfester zu machen. Dazu wird mit Hilfe des Laserpulverauftragschweißens Hartmetall in einem Mehrschichtsystem partiell aufgetragen. Das Verfahren lässt es zu, dass das Werkzeug ganz individuell an seine Beanspruchung angepasst werden kann und seine Lebensdauer wird damit um ein Vielfaches verlängert“, erklärt Tom Cruz.

Den Abschluss des Programms machte Professor Dr. Carlo Burkhardt, Leiter des Schmucktechnologischen Instituts der Hochschule Pforzheim. Er stellte neuartige additive Fertigungsverfahren für metallische Bauteile vor, die aus bewährten Herstellverfahren für Kunststoffteile weiterentwickelt wurden. So ist das „Material Extrusion für Metallteile“ aus dem bekannten Verfahren FDM/FFF für Kunststoffteile weiterentwickelt worden. Die „Vat-Polymerisation von Metallteilen“ ist eine Weiterentwicklung der Stereolithografie für Kunststoffteile. Nach der additiven Herstellung der sogenannten Grünteile ist bei beiden Verfahren eine zusätzliche thermische Behandlung (Entbindern und Sintern) erforderlich, um die endgültigen metallischen Eigenschaften zu erhalten. Diese Schritte sind ähnlich der Prozesskette zum metallischen Spritzguss (MIM). Nach der Entfernung der organischen Komponenten konnte in Versuchen das poröse Pulvergerüst auf bis zu 98,5% der theoretischen Dichte von Edelstahl gesintert werden. Speziell mit der Vat-Polymerisation ist es möglich, hochkomplexe Bauteile aus Metall herzustellen, welche eine gute geometrische Genauigkeit und eine sehr geringe Oberflächenrauigkeit aufweisen. Auch die mechanischen Eigenschaften der additiven Fertigungsstruktur sind vergleichbar mit herkömmlich hergestellten Metallkörpern.

Im Anschluss an die Vorträge wurde das abendliche Programm mit einer offenen Diskussion beendet, in der die Besucher der Veranstaltung Fragen an die fünf Experten stellen konnten. Ziel der Veranstaltungsreihe „ITH – Industrie trifft Hochschule“ ist der Austausch zwischen Wissenschaft und Praxis im Bereich der Innovationsfähigkeit von Unternehmen der Region. Im Dezember 2017 geht sie in die nächste Runde, wenn erneut ein spannendes Abendprogramm auf interne und externe Besucher wartet.

Prof. Dr.-Ing. Roland Wahl und Prof. Dr.-Ing. Carlo Burkhardt, beide Hochschule Pforzheim, Dipl.-Ing. (FH) Ralph Mayer, Renishaw GmbH, Dr.-Ing. Andreas Baum und Dipl.-Ing. (FH) Tom Cruz, beide Hochschule Pforzheim (v.l.n.r.)

Die nächsten Veranstaltungstermine „Industrie trifft Hochschule“:

"Metallrecycling": Donnerstag, Donnerstag, 07. Dezember 2017
"Ein Jahr neue Medizinproduktverordnung (MDR)": Donnerstag, 22. März 2018
"Chancen der digitalen Transformation im Unternehmen nutzen": Donnerstag, 07. Juni 2018
"Messunsicherheit und Tolerierung": Donnerstag, 25. Oktober 2018
"Die flexible Fabrik": Donnerstag, 06. Dezember 2018