Additive Fertigung: Wo Inconel keine Grenzen hat

GFMS und 3D Systems kooperieren bei der Additiven Fertigung. Turbine rear vane, powertool housing, lobed exhaust mixer, thales antenna horns. Highlight auf der Formnext war der Aerospace-Schalldämpfer, der gepolsterte Abluftmischer, mit seiner sehr feinen Gitterstruktur aus Inconel. Advanced-Manufacturing-Technologies-Teamleiter Bernd Martiné erklärt das ganz einfach mit dem Gewicht: „Dieser Abluftmischer hat tatsächlich mehrere Funktionen. Die feine Gitterstruktur aus Inconel ist unglaublich stabil, hält also sehr hohe Belastungen aus, wiegt in Summe aber nur 2 kg – und kann durch die Gitterstruktur sogar mit Kühlluft ideal temperiert werden.“

Offiziell designt wurde der Abluftmischer zur Reduzierung der Triebwerkslautstärke. GF Machining Solutions fertigt den Dämpfer auf deren additivem Flaggschiff, der DMP Factory 500, eben aus Ni 718 (A). „Die Baukammer der Factory 500 ist ideal für Inconel ausgelegt. Highlight ist wie bei unserer Aluminium-Produktionsmaschine, der DMP Flex 350, dass vor dem Baubeginn erst ein Vakuum in der Maschine aufgebaut wird und dann erst mit Argon geflutet wird. Dadurch ist zum einen der Verbrauch minimiert. Aber vor allem können so chemisch reine Gefüge hergestellt werden.“

Unterm Strich braucht die Factory 500 nur 52 h, um das Inconel mit einer Schichtdicke von 60 µm zu dem filigranen Abluftmischer aufzubauen, der immerhin einen Durchmesser von 450 mm und eine Höhe von 400 mm aufweist. „Die Factory 500 kann aber noch größer“, betont Bernd Martiné.

Mit der großen Z-Achse und dem neuen Kammerkonzept können Teile wie die trichterförmigen Antennenhörner problemlos in einem Stück gefertigt werden. „Entscheidend ist die Bauraumgröße, die bei der Factory 500 rund 500 x 500 x 500 mm beträgt. Die vier Trichter stellen wir mit einer Layerdicke von 60 µm komplett in nur 80 Stunden her. Diese Teile zeigen tatsächlich das ganze Potenzial der Factory 500 auf. So lassen sich eben auch sehr große Inconel-Teile mit sehr feiner Struktur in sehr kurzer Zeit fertigen.“

Wie fein bei hochqualitativem Material die Teile sein können, demonstriert Bernd Martiné mit der ‚hinteren Turbinenschaufel‘, deren zwei Ringe und feine Stege komplett aus Inconel mit rund 0,5 m Durchmesser gefertigt wurden. „Wenn Sie diese Turbinenschaufel aus dem Vollen fräsen, dauert schon das Fräsen ein paar Tage. An die Beschaffung des Materials gar nicht zu denken. Unsere Factory 500 verkürzt den ganzen Prozess auf rund 48 Stunden, weil die Anlage natürlich die zwei Tage durchläuft.“ Stolz ist Bernd Martiné vor allem darauf, weil GF mit dem hinteren Turbinenrad das momentan wohl größte nahtlos gefertigte Inconel-Bauteil fertigt.

Für kompakte Funktionsbauteile empfiehlt Bernd Martiné aber die Produktionsmaschine: Die DMP Flex 350 verfügt ebenso über eine hohe Z-Achse und eine luftdichte Prozesskammer. „Ideal ist die Flex 350 vor allem, aber nicht nur für Prototypenteile aus Aluminium. In nur einem Tag haben wir damit das Gehäuse für einen neuen Akkuschrauber aufgebaut. Der Kunde hatte nicht nur ein griffiges Anschauungsmodell, sondern ein Funktionsmodell, mit dem viele Tests sofort durchgeführt werden können.“ Das Powertool-Gehäuse fertigt die Flex 350 in nur 21 h und 51 min aus AlSi10Mg.

Material und Maschine sind wichtig beim additiven Prozess. Nicht zu unterschätzen im Produktionsprozess ist nach Erfahrung von Bernd Martiné aber auch die Software. „Die Software ist ein entscheidender Faktor. In diesem Punkt – von Reverse-Engineering bis zur Teilesimulation – arbeiten wir mit den Experten von 3D Systems eng zusammen. Die Produktionsbasis, unsere DMP Factory 500, haben wir aber selbst entwickelt und gebaut. Die Maschine ist einmalig“, betont Bernd Martiné.

Die Factory 500 sei so gut, dass GF Machining Solutions den Herstellern aus den Hightech-Branchen deutlich höhere Produktivität, Teilequalität und Prozesssicherheit bei gleichzeitig signifikanter Reduzierung der Gesamtbetriebskosten und einer nahtlosen Integration der additiven Metallfertigungstechnologie in die gesamte Fertigungskette anbieten kann. „Das klingt zwar sehr werblich, trifft es aber sehr gut: Die Leistungsfähigkeit unserer Maschinen ist schon enorm und auf einem sehr hohen Niveau. Deshalb fokussieren wir unsere Entwicklung mittlerweile darauf, den additiven Prozess für unsere Kunden immer weiter zu automatisieren. Stand heute läuft der additive Prozess mit unseren modularen Anlagen schon fast komplett mannlos und autark. Anwender müssen sich nur noch um den Pulvernachschub und den Teileabtransport kümmern. Alles Weitere übernehmen die Systeme von GF und 3D Systems“, versichert Bernd Martiné.

Als bahnbrechendes Produkt für die Welt der additiven Fertigung bezeichnet Bernd Martiné vor allem die DMP Factory 500, weil damit workflow-optimierte 3D-Metalldrucklösungen mit überragender Skalierbarkeit machbar sind und sich damit wiederholbare und qualitativ hochwertige Teile bei hohem Durchsatz und niedrigen Gesamtbetriebskosten herstellen lassen. Die Teile können mit bis zu 500 x 500 x 500 mm Größe hergestellt werden. Dafür entwickeln die Metalldruckspezialisten von GF mit 3D Systems Strategien zur Minimierung von Splits, indem sie bestimmte Druckköpfe bestimmten Zonen zuordnen. „Einer der drei Laser in der Factory 500 kann aber auch die gesamte Plattform erreichen und für beste Qualität bei den Konturen großer Teile sorgen“, betont Bernd Martiné.

Video: GFMS

Wichtig für die Qualität sei auch die konstant niedrige O2-Umgebung. GF garantiert demnach nicht nur ein O2-Niveau von unter 20 ppm in der Baukammer, sondern zudem eine konstante Pulverqualität zur Produktion von hochwertigen Teilen mittels Additiver Fertigung. Das geschlossene Pulverkonzept erhält die Materialintegrität und ermöglicht den Druck auch von sehr reaktiven Legierungen, wie eben Aluminium und Inconel.

Darüber hinaus kann die Factory 500 mit ihren fünf Modulen (Powder-Management-, Parking-, Removable-Print- und Transport-Modul) auf die Produktion des Kunden zugeschnitten werden. Die Module können schrittweise bis zum kompletten Fabriksystem automatisiert werden. Im Detail verfügt die DMP Factory 500 über bis zu drei Fiber-Laser mit je 500 W. Die Layerdicke kann zwischen 30 und 90 µm betragen, die Wiederholgenauigkeit der Factory 500 gibt GFMS in X, Y und Z mit 50 µm an.

Die Module und die Leistungsfähigkeit der DMP Factory 500 und Flex 350 zeigt GF Machining Solutions übrigens auch auf Youtube:

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Video: GFMS.

cd