Metall-Additive Fertigung: Der wegweisende Trend, der die moderne Produktion prägt

Der Laserauftragskopf für WFL Millturns wird direkt in die B-Achsen-Spindeln der Maschinen eingebaut. Bildnachweis: WFL Millturn Technologies.

Additive Fertigung (AM), Technologie, die 3D-Komponenten Schicht für Schicht aufbaut, entwickelt sich weiter. Einst ein Werkzeug primär für das Prototyping von Teilen in Kunststoffen, beginnt es, die Fertigungsdesign- und Produktionswelt mit dem Aufkommen von Metallteile-Druck signifikanter zu beeinflussen. Kurz gesagt bietet diese Technik Vorteile, da sie komplexe, konturierte Designs fertigen kann, die auf konventionellen Bearbeitungsmaschinen (wie konforme Kühlkanäle in Spritzgussformen) herausfordernd, wenn nicht unmöglich, zu erstellen wären. Teil-Designs können auch für reduziertes Gewicht verfeinert werden, während die strukturelle Integrität beibehalten (oder verbessert) wird, indem Konzepte wie generatives Design angewendet werden.

Doch AM ist eine Technologie, die die Zerspanung ergänzt, aber nicht ersetzt. Interessanterweise gibt es keine klarere Art, diesen Punkt zu unterstreichen, als auf die zunehmende Zahl von Werkzeugmaschinenherstellern zu schauen, die additive Fertigung zu ihren subtraktiven Ausrüstungsplattformen hinzufügen.

Praktisch alle AM-gefertigten Teile benötigen irgendeine Art von Nachbearbeitung. Dies kann Fräsen, Bohren, Gewindeschneiden oder Drehen sowie Schleifen oder Polieren umfassen. Durch Kombination von additiver und subtraktiver Fertigung auf einer Plattform können Work-in-Process sowie die für die Fertigstellung eines additiv gewachsenen Teils erforderlichen Kapitalausrüstungen eliminiert werden. Zudem kann AM genutzt werden, um kleine, komplexe Features zu großen, zerspanenden Teilen hinzuzufügen. Oder für Reparaturarbeiten kann Material zu verschlissenen Teilen hinzugefügt werden, das dann zerspant werden kann, um sie auf OEM-Spezifikationen zurückzubringen.

Die unten gezeigten Videos demonstrieren diese Arten von Anwendungen. Beispielsweise wurden AM-Prozesse wie Laserauftragschweißen verschiedenen Bearbeitungsplattformen hinzugefügt, einschließlich Dreh-Fräs-Zentren und 5-Achsen-Maschinen. Ein begleitendes Online-Video zeigt ein Beispiel für Ersteres: einen WFL M80X Millturn, in den der Laserkopf in die B-Achsen-Frässpindel eingebaut wird, um Material zu einem sehr großen Bauteil hinzuzufügen. Auch Laserhärten von ausgewählten Features kann durchgeführt werden.

Im Fall eines Mazak Integrex i-400SAM, der additiv Features zu einer langen Schneckenwelle hinzufügt, ist der AM-Laserauftragskopf (drei sind für dieses Modell mit variierenden Strahldurchmessern verfügbar) nicht in der B-Achsen-Frässpindel der Maschine montiert. Stattdessen wird er in einer dedizierten, schwenkbaren Einheit installiert, und ungenutzte Laserköpfe werden außerhalb der Arbeitszone gelagert, ähnlich wie Werkzeuge in einem Bearbeitungszentrums-Automatikwerkzeugwechsler-Karussell.

Ein weiteres Video zeigt ein Beispiel für Reparaturarbeiten. Darin nutzt ein 5-Achsen Tongtai AMH-630 einen AM-Laserauftragskopf, der in die Frässpindel der Maschine passt, um Inconel 718 Material auf die verschlissenen Spitzen von Turbinenschaufeln aufzutragen, das dann zerspant wird, wobei die OEM-spezifischen konturierten Formen zurückbleiben.

Software für diese Hybridanwendungen entwickelt sich weiter, genau wie die Hardware. Dies wird in einem Video demonstriert, das die Produktion eines Inconel 625 Blisk mit Autodesk Fusion 360 und PowerMill Software auf einem Mazak Variaxis J-600/5XAM Hybrid-Maschine mit Seco Tools' Vollhartmetall- und Keramikwerkzeugen zeigt. Anstatt mit einem großen Materialblock zu beginnen, der zerspant wird, um den Blisk zu erstellen, beginnt das Werkstück mit dem Nabe und die Schaufeln werden dann additiv gewachsen und auf Form und Größe zerspant.

Wie programmiert man aber eine Multitasking-Maschine mit additiver Fähigkeit? Ein langes, aber informatives Video führt Sie Schritt für Schritt durch den Programmierprozess für ein Drehteil mit Schaufeln, die via AM erstellt und anschließend finish-bearbeitet werden mit Siemens NX CAM.

Und was ist mit Offline-Simulation, die für komplexe Zerspanungsarbeit so wichtig ist? CGTechs Vericut Additiv-Modul simuliert sowohl additive als auch traditionelle Bearbeitung (Fräsen oder Drehen) Fähigkeiten von Hybridmaschinen mit demselben NC-Code. Es liest die Laserparameter, steuert Laserleistung, Trägergasfluss und metallisches Pulver spezifisch für jeden Auftrag und Materialtyp und erkennt mögliche Kollisionen zwischen Maschine und additivem Teil während des Druckens, was in einem weiteren Video beschrieben wird.

Natürlich besteht die Möglichkeit, AM-Köpfe zu verschiedenen anderen Maschinentypen hinzuzufügen. Beispielsweise kann 3D Hybrid Solutions Aufsatzköpfe für Metall-3D-Druck über verschiedene Abscheidungsmethoden liefern, einschließlich Laserschmelzen von Pulverspray, Lichtbogenschmelzen von Drahtzufuhr und Hochgeschwindigkeits-Kaltgasspritzen von Metallpulver. Es scheint, diese Idee hat die Zustimmung der U.S. Marines, wie in dieser Story erklärt.

Ist Metall-AM auf Ihrem Radar? Oder nutzen Sie 3D-Kunststoffdrucker in Ihrem Betrieb für Prototyping, Vorrichtungen, Spannmittel und mehr? Schicken Sie mir eine E-Mail an dkorn@productionmachining.com, um es mir mitzuteilen.