Wie 3D-Druck das Sandguss-Verfahren revolutioniert

Sandguss hat eine Geschichte, die tausende Jahre zurückreicht, und blieb in dieser Zeit praktisch unverändert. Doch jetzt ändern sich die Dinge, dank 3D-Druck. Hier sind einige der Ergebnisse dieser Bemühungen.

Einem etablierten Unternehmen zu Innovation verhelfen

Im heutigen hart umkämpften Markt müssen selbst Unternehmen, die vor mehr als einem Jahrhundert gegründet wurden, sich kontinuierlich verbessern, um Kunden zufriedenzustellen und sie davon abzuhalten, anderswo nach Dienstleistungen zu suchen. D.W. Clark ist ein Mehrlegierungs-Metallgussunternehmen, das 3D-Druck für seine Sandgussmethoden implementierte und bemerkenswerte Ergebnisse erzielte.

Das Unternehmen verkürzte seine Lieferzeit Berichten zufolge von Monaten auf Wochen, während es traditionelle Werkzeug- und Modellbauverfahren eliminierte. D.W. Clark nutzt Binder-Jetting-Technologie, und Vizepräsident Jeff Burek gab ein Beispiel für die potenziell verkürzten Zeitrahmen.

„Wir hatten einen Kunden, der wollte, dass wir einen Laufrad innerhalb von zwei Wochen fertig bearbeiten. Und obwohl wir die Maschine nicht länger als für ein paar Builds betrieben hatten, konnten wir die Form innerhalb weniger Tage entwerfen, drucken, das Gießen durchführen, das Gussteil wärmebehandeln und fertig bearbeiten – alles innerhalb von zwei Wochen.“

Ein weiterer Vorteil der Einführung von 3D-Druck in den Sandguss ist die Reduzierung der Kosten für die Herstellung komplexer Teile. Der Drucker arbeitet von einer digitalen Datei, die Vertreter bei Bedarf schnell reproduzieren können. Zudem verwendet der vom Unternehmen gewählte Drucker weniger Sand als herkömmliche Gussverfahren. Dieser Vorteil bedeutet geringere Materialkosten.

Diese Fallstudie ist ein Beispiel dafür, wie Sandguss lang etablierten Unternehmen helfen kann, relevant zu bleiben und weiterhin die Bedürfnisse der Kunden zu erfüllen, während andere Vorteile erzielt werden, die ihre Widerstandsfähigkeit stärken.

Prototyping erleichtern bei gleichzeitiger Kostensenkung

Die Anwendung von 3D-Druck auf Sandguss ist auch eine attraktive Alternative, wenn Unternehmen die Prototyping-Zeit verkürzen wollen. GRATZ Engineering ist ein deutsches Unternehmen mit mehreren Standorten im Land und knapp 250 Mitarbeitern. Es stellte fest, dass der Einsatz von 3D-Druck bei Sandgussprojekten besonders während des Prototypings vorteilhaft war. Das Unternehmen setzt üblicherweise auf Sandguss mit 3D-Druck sowie direktes Metall-Lasersintern (DMLS).

Andreas Steinbronn, Leiter Teilemanagement, sagte: „Metall-3D-Druck wie Lasersintern ist immer zu teuer, wenn Geschwindigkeit kein Thema ist. Wenn wir zwei oder drei Wochen für den Prototyp haben, bevorzugen wir generell eine Kombination aus klassischem Metallguss mit 3D-gedruckten Sandformen oder Feingussmodellen aus Poly(methylmethacrylat).“

Steinbronn fuhr fort: „Das senkt die Kosten enorm, und die erhöhte Haltbarkeit und Stabilität der Komponenten ist natürlich auch ein Vorteil. Die praktischsten Aspekte sind die großen Bauvolumen und schnellen Druckraten.“

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

Unternehmen ermöglichen, leichtere und dünnere neue Designs zu prototypen

Sandguss ist eine dauerhaft beliebte Methode zur Herstellung komplexer Metallteile. Neben der Effizienz und Kosteneffektivität, die es bietet, gibt es einen Wiederverwendbarkeitsaspekt. Jede mit Sandguss erstellte Form ist ein Einwegartikel. Nach dem Entnehmen der fertigen Teile aus den Formen kann die Sandmischung jedoch für zukünftige Gussprojekte wiederverwendet werden.

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

Ein britisches Unternehmen namens Brooks Crownhill Ltd. (BCP) nutzt 3D-Sandguss bei der Herstellung von Gehäusen für Elektromotoren und Autoteile. Lee Henderson, der Vertriebsleiter des Unternehmens, erklärte, dass das Unternehmen diesem aufstrebenden Prozess nicht fremd ist.

„Wir nutzen 3D-Druck und Guss, oder gedruckten Guss, schon seit einiger Zeit. Die immensen Vorteile sind offensichtlich. Der Prozess ist schnell, kosteneffektiv und gibt Designern enorme kreative Freiheit. Das ist wichtig für das Neudenken etablierter Komponenten und das Einsparen von so viel Material wie möglich, beispielsweise durch Optimierung der Topologie der Komponenten“, sagte Henderson.

Henderson diskutierte auch, wie der Einsatz von 3D-Druck für Sandguss BCP ermöglichte, aufkommende Kundenbedürfnisse zu adressieren. Kunden fordern zunehmend leichtere und dünnere neue Designs. Er sagte, herkömmliche Verfahren wie Fräsen oder Kernschießen konnten die Geometrien der Kundenbauteile nicht abbilden. Sandguss mit 3D-Druck jedoch schon. Henderson sagte, viele Menschen seien sich der Vorteile, die 3D-Druck und Sandguss bringen können, nicht bewusst. Ergebnisse wie diese könnten jedoch helfen, die Option an Zugkraft zu gewinnen.

Gießereien ermöglichen, Immobilien neu zu nutzen

Bevor 3D-Druck eine Option wurde, hatten Gießereien keine Wahl, als große Abschnitte ihrer Anlagen der Lagerung von passenden Modellen zu widmen. Diese Modelle stellen Kopien von Teilen dar, die für Kunden hergestellt wurden. Mitarbeiter in Gießereien sind auf diese Platten angewiesen, wann immer ein Kunde sie bittet, ein Teil erneut zu erstellen. Die Reihen dieser Modelle werden oft so expansiv, dass Gießereien Lagerhäuser bezahlen, um sie aufzubewahren.

Da 3D-Druck jedoch auf digitalen Dateien basiert, können Unternehmen, die ihn für Sandguss nutzen, die Praxis der Aufbewahrung physischer Modelle vor Ort minimieren oder sogar eliminieren. Howard Rhett arbeitet bei Viridis3D, einem auf 3D-Druck für Sandguss spezialisierten Unternehmen. Er stellte fest, dass die Digitalisierung durch 3D-Druck bedeutet, dass Unternehmen sich nicht mehr um Dinge wie Feuchtigkeitskontrolle oder das Fernhalten von Schädlingen aus den Lagerräumen kümmern müssen.
Stattdessen können sie die mittel- bis geringfügig genutzten Modelle auf einem USB-Stick speichern. Das ist eine tragbare Option, die viele der Unannehmlichkeiten traditioneller Lagermethoden beseitigt. Wenn Gießereien genügend Platz freimachen, könnten sie diesen für andere Zwecke nutzen, wie das Wachstum ihres Geschäfts und die Ermöglichung von Expansion.

Außerdem beschleunigt das Vorliegen von Kundenaufträgen in digitalem Format die Zeit zwischen dem Empfang eines Kundenauftrags durch eine Gießerei und dem Beginn der Arbeit daran. In einigen Fällen können Gießereiarbeiter geschmolzenes Metall am selben Tag in eine große Form gießen, an dem sie eine digitale Datei erhalten.

Beweis, dass der Prozess vielfältige Vorteile bringt

Laufende Forschung zeigt, dass Menschen zahlreiche Vorteile erwarten können, wenn sie sich entscheiden, 3D-Druck für Sandguss zu nutzen. Eine Untersuchung verglich 3D-Druck und konventionellen Sandguss bei der Herstellung einer Pumpenlaufradschale.

Das Team stellte fest, dass der 3D-gedruckte Ansatz nur 26 Stunden benötigte, um die Teile der Sandgussform zu drucken. Das ist ein erheblich kürzerer Zeitrahmen im Vergleich zu den mehr als sechs Wochen, die der traditionelle Ansatz benötigte, um diesen Schritt zu erreichen. Auch war die 3D-gedruckte Schale etwa 300 Mikrometer glatter als ihr Gegenstück. Sie war auch fast 27 % leichter als die traditionell gegossene Schale.

Ein weiteres Forschungsprojekt verglich die Unterschiede zwischen einer keramischen Form, die mit 3D-Druck und Sandguss hergestellt wurde, und der traditionellen Technik. Die mit 3D-Druck hergestellte Option war 95 % leichter und hatte einen um 29 % optimierten metallurgischen Ausbeute im Vergleich zur konventionell gegossenen keramischen Form. Ein weiterer Unterschied war, dass die traditionelle Methode fast doppelt so lange für die Fertigung benötigte. Das lag daran, dass das Team ein zweiteiliges Modell herstellen und dessen Oberfläche glätten musste.

3D-Druck ist ein Game-Changer für den Sandguss

Diese Beispiele verdeutlichen, warum 3D-Druck zunehmend als attraktive Alternative zum traditionellen Sandguss gesehen wird. Es ist noch keine Mainstream-Praxis, aber das könnte sich bald ändern. Da immer mehr Unternehmen damit experimentieren und beeindruckende Ergebnisse erzielen, sollten andere Gießereien nachziehen und die Technik verbreiteter machen.