So stört der 3D-Druck den Sandguss

Der Sandguss hat eine Jahrtausende alte Geschichte und ist in dieser Zeit praktisch unverändert geblieben. Dank des 3D-Drucks ändern sich die Dinge jedoch jetzt. Hier sind einige der Ergebnisse dieser Bemühungen.

Ein etabliertes Unternehmen dabei unterstützen, innovativ zu bleiben

Auf dem hart umkämpften Markt von heute müssen sich selbst Unternehmen, die vor mehr als einem Jahrhundert gegründet wurden, kontinuierlich verbessern, um die Kunden zufrieden zu stellen und sie davon abzuhalten, woanders Dienstleistungen in Anspruch zu nehmen. DW Clark ist ein Gießereiunternehmen für Metalle mit mehreren Legierungen, das den 3D-Druck für seine Sandgussverfahren implementiert und bemerkenswerte Ergebnisse erzielt hat.

Berichten zufolge verkürzte das Unternehmen seine Vorlaufzeit von Monaten auf Wochen und eliminierte traditionelle Werkzeugmethoden und Muster. DW Clark verwendet die Binder-Jetting-Technologie, und Vizepräsident Jeff Burek gab ein Beispiel für die potenziell verkürzten Zeitrahmen.

“ Wir haben einen Kunden, der wollte, dass wir ein Laufrad innerhalb von zwei Wochen fertig bearbeiten. Und nachdem wir die Maschine nicht länger als ein paar Konstruktionen betrieben hatten, waren wir in der Lage, die Form innerhalb von ein paar Tagen zu entwerfen, zu drucken, das Gussteil zu gießen, das Gussteil wärmezubehandeln und das Gussteil fertig zu bearbeiten – alles innerhalb von zwei Wochen.“

Ein weiterer Vorteil der Einführung des 3D-Drucks in den Sandguss besteht darin, dass die mit der Herstellung komplexer Teile verbundenen Kosten gesenkt werden. Der Drucker arbeitet mit einer digitalen Datei, die Vertreter bei Bedarf schnell reproduzieren können. Darüber hinaus verbraucht der vom Unternehmen ausgewählte Drucker weniger Sand als herkömmliche Gießverfahren. Dieser Vorteil bedeutet, dass weniger Material ausgegeben wird.

Diese Fallstudie ist ein Beispiel dafür, wie Sandguss alteingesessenen Unternehmen helfen kann, relevant zu bleiben und weiterhin die Bedürfnisse der Kunden zu erfüllen, während sie andere Vorteile erzielt, die ihnen helfen, widerstandsfähig zu bleiben.

Prototyping erleichtern und gleichzeitig die Kosten niedrig halten

Die Anwendung des 3D-Drucks auf den Sandguss ist auch eine attraktive Alternative, wenn Unternehmen die Prototyping-Zeit verkürzen möchten. GRATZ Engineering ist ein deutsches Unternehmen mit mehreren Standorten im ganzen Land und knapp 250 Mitarbeitern. Es stellte sich heraus, dass die Verwendung des 3D-Drucks bei Sandgussprojekten besonders beim Prototyping von Vorteil war. Das Unternehmen setzt in der Regel auf Sandguss mit 3D-Druck sowie auf direktes Metall-Lasersintern (DLMS).

Andreas Steinbronn, Leiter des Teilemanagements, sagte:„Metall-3D-Druck wie das Lasersintern ist immer zu teuer, wenn Geschwindigkeit keine Rolle spielt. Wenn wir für den Prototypen zwei oder drei Wochen Zeit haben, setzen wir generell lieber auf eine Kombination aus klassischem Metallguss mit 3D-gedruckten Sandformen oder Feingussmodellen aus Poly(methylmethacrylat).“

Steibronn weiter:„Das spart enorm Kosten, und natürlich ist auch die erhöhte Haltbarkeit und Stabilität der Bauteile von Vorteil. Die praktischsten Aspekte davon sind das große Bauvolumen und die schnellen Druckraten.“

Außerdem gab es einen direkten Vergleich 3D-Druck versus DMLS:„Mit den Binder-Jetting-Drucksystemen können wir direkt mehrere Varianten unserer Prototypen, etwa Turbolader, parallel und übereinander verschachtelt in ein und demselben 3D-Druck herstellen Prozess, und nicht nur auf einer Ebene, wie es bei DMLS der Fall ist.“

Ermöglichung von Unternehmen, leichtere und dünnere neue Designs zu prototypisieren

Sandguss ist ein immer beliebteres Verfahren zur Herstellung komplexer Metallteile. Neben der Effizienz und Wirtschaftlichkeit, die es bietet, gibt es einen Aspekt der Wiederverwendbarkeit. Jede im Sandguss hergestellte Form ist ein Einwegartikel. Nachdem die fertigen Teile jedoch aus den Formen entnommen wurden, kann die Sandmischung für zukünftige Formprojekte wiederverwendet werden.

Die Kombination von Sandguss mit 3D-Druck bietet eine andere Art von Nachhaltigkeit. Es ermöglicht Kunden, Prototypen gründlich zu inspizieren und sie strengen Tests zu unterziehen, bevor die Produktion beginnt, was erhebliche Zeit und Geld spart.

Ein britisches Unternehmen namens Brooks Crownhill Ltd. (BCP) verwendet 3D-Sandguss bei der Herstellung von Gehäusen für Elektromotoren und Autoteile. Lee Henderson, Vertriebsleiter des Unternehmens, stellte klar, dass dem Unternehmen dieser neue Prozess nicht fremd ist.

„Wir setzen schon seit geraumer Zeit auf 3D-Druck und Gießen bzw. gedrucktes Gießen. Die immensen Vorteile liegen auf der Hand. Das Verfahren ist schnell, kostengünstig und gibt Designern enorme kreative Freiheit. Das ist wichtig, um etablierte Bauteile zu überdenken und möglichst viel Material einzusparen, indem beispielsweise die Topologie der Bauteile optimiert wird“, so Henderson.

Henderson erörterten auch, wie der Einsatz des 3D-Drucks für den Sandguss es BCP ermöglichte, auf neue Kundenbedürfnisse einzugehen. Kunden verlangen häufiger leichtere und dünnere neue Designs. Herkömmliche Verfahren wie Fräsen oder Kernschießen passten nicht zu den Geometrien der Kundenteile. Sandguss mit 3D-Druck jedoch schon. Henderson sagte, viele Menschen seien sich der Vorteile nicht bewusst, die 3D-Druck und Sandguss bringen können. Ergebnisse wie diese könnten der Option jedoch dabei helfen, Fuß zu fassen.

Vermietung von Gießereien an Immobilien

Bevor der 3D-Druck eine Option wurde, hatten Gießereien keine andere Wahl, als große Teile ihrer Anlagen für die Unterbringung von gemusterten Match-Plates zu verwenden. Diese Muster stellen Kopien von Teilen dar, die für Kunden hergestellt wurden. Menschen, die in Gießereien arbeiten, sind auf diese Platten angewiesen, wenn ein Kunde sie bittet, ein Teil erneut zu erstellen. Die Reihen dieser Matchbleche werden oft so umfangreich, dass Gießereien Lagerhäuser dafür bezahlen, sie aufzubewahren.

Da der 3D-Druck jedoch auf digitalen Dateien basiert, können Unternehmen, die ihn für den Sandguss verwenden, die Praxis minimieren oder sogar eliminieren, physische Passplatten vor Ort zu halten. Howard Rhett arbeitet bei Viridis3D, einem Unternehmen, das sich auf 3D-Druck für den Sandguss spezialisiert hat. Er bemerkte, dass die durch den 3D-Druck gebotene Digitalisierung bedeutet, dass sich Unternehmen nicht mehr um Dinge wie Feuchtigkeitskontrolle oder das Fernhalten von Schädlingen aus den Lagereinrichtungen kümmern müssen.
Stattdessen können sie die Muster mit mittlerer bis geringer Nutzung speichern ein USB-Laufwerk. Dies ist eine tragbare Option, die viele der Unannehmlichkeiten beseitigt, die mit herkömmlichen Speichermethoden verbunden sind. Wenn Gießereien genügend Platz schaffen, können sie diesen für andere Zwecke nutzen, z. B. um ihr Geschäft auszubauen und Expansionen zuzulassen.

Darüber hinaus verkürzt das Vorhandensein von Kundendateien in einem digitalen Format die Zeit zwischen dem Eingang einer Kundenbestellung in einer Gießerei und dem Beginn der Arbeit der Vertreter. In einigen Fällen können Gießereiarbeiter noch am selben Tag, an dem sie eine digitale Datei erhalten, geschmolzenes Metall in eine große Form gießen.

Nachweisen, dass der Prozess mehrere Vorteile bringt

Laufende Untersuchungen zeigen, dass Menschen mit zahlreichen Vorteilen rechnen können, wenn sie sich für den Einsatz des 3D-Drucks beim Sandguss entscheiden. Eine Untersuchung umfasste den Vergleich von 3D-Druck und herkömmlichem Sandguss bei der Herstellung einer Pumpenschale.

Das Team fand heraus, dass der 3D-Druck-Ansatz nur 26 Stunden dauerte, um die Teile der Sandgussform zu drucken. Das ist ein wesentlich kürzerer Zeitrahmen im Vergleich zu den mehr als sechs Wochen, die der herkömmliche Ansatz benötigt, um diesen Schritt zu erreichen. Außerdem war die 3D-gedruckte Schale etwa 300 Mikrometer glatter als ihr Gegenstück. Es war auch fast 27 % leichter als die traditionell gegossene Schale.

Ein weiteres Forschungsprojekt verglich die Unterschiede zwischen einer Keramikform, die mit 3D-Druck und Sandguss hergestellt wurde, und der traditionellen Technik. Die mit 3D-Druck hergestellte Option war 95 % leichter und hatte eine um 29 % optimierte Metallausbeute im Vergleich zur herkömmlich gegossenen Keramikform. Ein weiterer Unterschied bestand darin, dass die Herstellung mit der traditionellen Methode fast doppelt so lange dauerte. Das lag daran, dass das Team ein zweiteiliges Muster erstellen und dessen Oberfläche glätten musste.

3D-Druck ist ein Sandguss-Game-Changer

Diese Beispiele verdeutlichen, warum Menschen den 3D-Druck immer häufiger als attraktive Alternative zum traditionellen Sandguss sehen. Es ist noch keine etablierte Praxis, aber das könnte sich bald ändern. Da immer mehr Unternehmen damit experimentieren und beeindruckende Ergebnisse erzielen, sollten andere Gießereien diesem Beispiel folgen und die Technik weiter verbreiten.