Beschleunigtes Guss-Prototyping:Eagle Alloy liefert schnelle, hochwertige Kleinserienteile

Wenn Zeit und Flexibilität oberste Priorität haben, bietet Rapid Prototyping für Gussteile Herstellern einen schnellen Weg zur Produktion komplexer Gussteile in kleinen Mengen. Bei der Eagle Group unterstützt dieser fortschrittliche Ansatz sowohl die Prototypenentwicklung als auch die Kleinserienproduktion und hilft Kunden dabei, Designs zu verfeinern, die Leistung zu überprüfen und schnell vom Konzept zur Produktion überzugehen, ohne die langen Vorlaufzeiten, die mit permanenten Werkzeugen verbunden sind.

In diesem Artikel wird erläutert, wie der Rapid-Prototyping-Workflow bei der Eagle Group funktioniert – von der digitalen Modellierung über den Druck bis zum endgültigen Guss – und wie die Integration von 3D-gedruckten Sandformen in unseren Airset-Prozess den Kunden einen schnellen, anpassungsfähigen Weg für die Produktion kleiner Stückzahlen, iteratives Design und die Restaurierung älterer Teile bietet.

Beim Rapid Prototyping für Gussteile werden fortschrittliche Techniken eingesetzt, um schnell funktionsfähige physische Prototypen – oder die Muster, Formen oder Kerne, die zu ihrer Herstellung verwendet werden – ohne herkömmliche permanente Werkzeuge zu erstellen. Wie der Name schon sagt, liegt der Hauptunterschied zwischen Rapid Prototyping und traditionellem Prototyping in der Geschwindigkeit:Rapid Prototyping liefert schneller Ergebnisse. 

„Wir könnten in der Lage sein, Muster für 3D-gedruckte Formen innerhalb von sechs bis sieben Wochen anzubieten, wohingegen Muster aus Produktionswerkzeugen je nach Kunde und seinen Bedürfnissen 14 sein könnten“, sagt Jeff Cook von Eagle Alloy und vergleicht die Geschwindigkeit des Rapid Prototyping mit herkömmlichen Gussabläufen.

Oben:Gusssimulation mit MAGMA-Software

Während Geschwindigkeit der entscheidende Vorteil ist, handelt es sich beim Rapid Prototyping nicht um einen einzelnen Prozess, sondern um eine Reihe von Fertigungsansätzen, die jeweils für unterschiedliche Entwicklungsstadien und Teiletypen geeignet sind. In der Metallfertigung werden Rapid-Prototyping-Methoden grob in drei Kategorien eingeteilt:additiv, subtraktiv und formativ.

Die additive Fertigung, zu der auch der 3D-Druck gehört, ist eine der Haupttechnologien, die Rapid Prototyping ermöglicht. Da damit schnell funktionsfähige Prototypen erstellt werden können, ist es bei Projekten von Vorteil, bei denen erwartet wird, dass sich Designs ändern und Flexibilität wichtig ist. Dieser verkürzte Entwicklungszyklus macht die additive Fertigung zu einer wertvollen Technologie für Prototypen- und Kleinseriengussprojekte.

Allerdings ist die additive Fertigung allein oft nicht in der Lage, funktionale Metallteile nach Spezifikation zu liefern. Um Gussteile mit ähnlichen Eigenschaften zu liefern, wie sie durch Schalenformen, Airset-Guss oder Feinguss hergestellt werden, arbeiten Gießereien wie unsere mit Spezialisten für additive Fertigung zusammen.

Eagle Alloy, die Schalenform- und Airset-Gießerei der Eagle Group, verwendet häufig 3D-gedruckte Sandformen für die schnelle Prototypenerstellung von Gussteilen. Wir arbeiten eng mit vertrauenswürdigen Additivpartnern wie Humtown Additive zusammen, um 3D-gedruckte Sandformen und -kerne nahtlos in unseren Gießereibetrieb zu integrieren. Ausgehend von einem digitalen Modell eines Teils erstellen spezialisierte Drucker Sandformen und Kerne, indem sie diese Schicht für Schicht aufbauen. Nach dem Drucken wird jede Form gereinigt, ausgehärtet und dann zum Gießen und Fertigstellen an Eagle Alloy geliefert.

Dieser werkzeuglose Ansatz eignet sich gut für Aufgaben, die schnelle Iterationen erfordern oder nur eine kleine Anzahl von Teilen erfordern. Es ermöglicht auch interne Funktionen und Designkomplexitäten, die mit herkömmlichen Kernherstellungsmethoden nur schwer oder manchmal gar nicht zu erreichen sind.

Wann ist Rapid Prototyping für den Metallguss sinnvoll?

Rapid Prototyping ist am effektivsten, wenn Geschwindigkeit, Flexibilität oder Designkomplexität die entscheidenden Faktoren bei einem Gussprojekt sind. Der Prozess ist ideal für:

• Testen neuer Designs oder Materialien bevor Sie sich für dauerhafte Werkzeuge entscheiden
• Erstellen eines funktionsfähigen Prototyps ohne permanente Werkzeuginvestition
• Kleine Mengen produzieren (weniger als 100 Stück) ohne lange Lieferzeiten
• Schnell iterieren wenn Designänderungen erwartet werden und Flexibilität erforderlich ist
• Gussteile mit komplexen Geometrien , wie Netze oder überlappende interne Kanäle
• Entwicklungszyklen einhalten die kurze Vorlaufzeiten erfordern
• Umwandlung gefertigter Komponenten in Gusskomponenten wenn vor der vollständigen Produktion eine frühzeitige Validierung erforderlich ist
• Ersetzen älterer oder schwer zu beschaffender Teile wenn Originalwerkzeuge nicht verfügbar sind oder die Kosten für die Reproduktion unerschwinglich sind

Maßtoleranzen und Gussdetails

Die 3D-gedruckten Formgussteile von Eagle Alloy erreichen Toleranzen, die mit unserem Standard-Airset-Verfahren vergleichbar sind. Die folgende Tabelle fasst diese Leistungstoleranzen zusammen.

Maßtoleranzen

Linear: ±0,045″ pro Zoll
Winkelig: ±1 Grad

Casting-Eigenschaften

Oberflächenbeschaffenheit: 200-420 RMS
Mindestwandstärke: 0,250″ (6,35 mm)
Typische Teilegewichte: 2–400 Pfund
Typische Auflagengrößen: 1-100 Teile

Überblick über den Rapid-Prototyping-Prozess

Wir arbeiten mit zuverlässigen Additivherstellern zusammen, um Sandformen und -kerne direkt aus den CAD-Modellen unserer Kunden herzustellen und sie dann in unseren Gieß- und Endbearbeitungsablauf zu integrieren, um Stahlgussteile voller Dichte herzustellen. Die folgenden Schritte beschreiben detailliert, wie der Rapid-Prototyping-Prozess bei Eagle Alloy abläuft.

1. Besprechung der Projektziele mit dem Kunden
   Jeder Rapid-Prototyping-Auftrag beginnt mit einer gemeinsamen Diskussion, um die Ziele des Kunden, die Teileanforderungen und die erwartete Leistung zu verstehen. Ganz gleich, ob Kunden ein Konzept, einen 2D-Entwurf, ein 3D-Modell oder ein vorhandenes Teil mitbringen, für das ein Reverse Engineering erforderlich ist, wir passen den Prozess so an, dass er sie dort abholt, wo sie sind.
2. Über das Material entscheiden
   Sobald die Ziele eines Projekts definiert sind, arbeiten unsere Ingenieure mit den Kunden zusammen, um die am besten geeignete Legierung auf der Grundlage von Festigkeit, Haltbarkeit, Betriebsumgebung und Kostenaspekten zu bestimmen. Die Materialauswahl in dieser Phase stellt sicher, dass alle nachgelagerten Entwurfs- und Simulationsarbeiten auf die tatsächlichen Leistungsanforderungen abgestimmt sind.
3. CAD-Modellentwicklung, entweder direkt vom Kunden oder mit Unterstützung der Ingenieure von Eagle Alloy
   Kunden können vollständige 3D-Dateien, Teilmaßinformationen oder nur ein physisches Muster bereitstellen.
   • Für 2D-Drucke oder Maßlisten erstellt unser Team mithilfe von CAD-Software ein vollständiges 3D-Modell.
   • Wenn der Kunde ein vorhandenes Teil anstelle von Designspezifikationen oder Bauplänen bereitstellt, müssen wir es zurückentwickeln. Mit Handwerkzeugen, tragbaren Laserscannern oder KMGs erhalten die Ingenieure der Eagle Group Maßinformationen und geben die Daten dann in CAD-Software ein, um ein 3D-Modell des Teils zu erstellen.
4. Gating-Design durch Gating-Simulation
   Mithilfe einer fortschrittlichen Erstarrungssimulation entwerfen und optimieren wir die Anguss- und Steigleitungen. Mithilfe der Simulation können wir vorhersagen, wie Metall in einen Formhohlraum gelangt und sich beim Abkühlen verhält. So können wir die natürliche Schrumpfung berücksichtigen und potenzielle Defekte vor dem Gießen beheben.
5. Partnergestützter 3D-Druck von Sandkernen/Formen
   Nachdem das Anschnittdesign validiert wurde, arbeiten wir mit vertrauenswürdigen Partnern für die additive Fertigung zusammen, um Präzisionsform- und Kernkomponenten mit gebundenem Sand herzustellen.
6. Montage gedruckter Formen und Kerne
   Die 3D-gedruckten Form- und Kernkomponenten werden zur Montage an unsere Gießerei geliefert. Sie werden bei Eagle Alloy mit herkömmlichen Gießabläufen kombiniert, um eine ordnungsgemäße Ausrichtung, Entlüftung und Vorbereitung sicherzustellen, damit die Komponenten beim Gießen wie vorgesehen funktionieren.
7. Gießen mit konventionellen Gießverfahren
   Sobald die Form zusammengebaut ist, wird das Teil unter Verwendung der standardmäßigen Gießereipraktiken von Eagle Alloy gegossen. Die Bediener kontrollieren die Gießtemperatur, -geschwindigkeit und -handhabung sorgfältig, um den während der Simulation ermittelten Parametern zu entsprechen und präzise Stahlgussteile zu gewährleisten, die frei von Porosität und anderen Mängeln sind.
8. Interne Tests und Validierung
   Jeder Prototyp wird einer gründlichen Bewertung unterzogen, um die dimensionale und metallurgische Integrität zu bestätigen. Zu unseren Inspektionsmethoden gehören:
   • Laserscannen für einen hochauflösenden Dimensionsvergleich des physischen Teils mit CAD
   • Magnetpartikelprüfung zur Erkennung von Oberflächen- und oberflächennahen Diskontinuitäten
   • Röntgeninspektion um interne Mängel zu identifizieren und die Gleichmäßigkeit der Wand zu überprüfen
     

Möchten Sie mehr darüber erfahren, wie wir Gussprodukte mithilfe von 3D-Modellierungs- und Verfestigungssoftware entwerfen? Schauen Sie sich unser spezielles an Entwerfen von Gussprodukten Blogbeitrag.

Oben:3D-gedruckte Formen und Kerne im Eagle Alloy-Werk, bereit zur Montage

Eagle Group Rapid Prototype-Fallstudie

Wenn Sie sich fragen, wie dieser Arbeitsablauf im wirklichen Leben aussieht, ist unser PBR-Rapid-Prototyping-Projekt ein gutes Beispiel.

Eagle Alloy und Eagle CNC replizierten eine Schlüsselkomponente eines Patrouillenboots aus der Vietnam-Ära mithilfe von Rapid Prototyping und moderner Guss- und Maschinenfertigung. Da es keinen Bauplan und nur ein korrodiertes, kaputtes Originalteil gab, musste das Team es zurückentwickeln – beginnend mit 3D-Scannen, um ein präzises digitales Modell zu erstellen.

Eagle Alloy entwarf die Form, führte Erstarrungssimulationen durch und arbeitete mit Humtown Additive zusammen, um Sandformen in 3D zu drucken. Da das Originalteil (aus Ni-Hard-Eisen) mit der Zeit spröde geworden war, entschieden sich die Ingenieure der Eagle Group für Edelstahl, um eine längere Haltbarkeit und Langzeitleistung zu erzielen.

Nachdem Eagle Alloy die neuen Gussteile gegossen hatte, wanderten die Teile zu Eagle CNC, wo ihr Team mit maßgeschneiderten Werkzeugen und sorgfältigen In-Prozess-Messungen alle kritischen Merkmale bearbeitete und sicherstellte, dass die Endbaugruppe wie geplant passt und funktioniert.

Das Ergebnis? Eine komplett überarbeitete Edelstahlkomponente, die ein historisch bedeutsames Marineschiff wieder zum Leben erweckte.

Lesen Sie hier die vollständige Fallstudie.

Warum die Nachfrage nach Rapid Prototyping wächst

Die Nachfrage nach Rapid Prototyping wächst, weil es den Bedarf an permanenten Werkzeugen überflüssig macht, schnellere Iterationen mit größerer Flexibilität für Designänderungen bietet, komplexe Funktionen und interne Kanäle ermöglicht und die Entwicklungszeiten verkürzt. Durch diesen Arbeitsablauf – unter Verwendung von 3D-gedruckten Formen und Kernen – können Gussteile innerhalb von Wochen statt Monaten in die Hände der Kunden gelangen. Rapid Prototyping bietet Kunden die Möglichkeit, Geschwindigkeit, Designsicherheit und Projektanforderungen in Einklang zu bringen und so attraktiv zu machen – allerdings nur für Projekte, die die richtigen Kriterien erfüllen.

Rapid Prototyping kann besonders wertvoll für einmalige, einzigartige oder in geringer Stückzahl produzierte Komponenten sein, bei denen die Flexibilität und die schnellere Durchlaufzeit die höheren Kosten pro Teil überwiegen können. Cook fasst zusammen:„Proben aus 3D-gedruckten Formen sind teurer, aber schneller.“ Allerdings ist Rapid Prototyping für die Massenproduktion von Gussstücken nicht kosteneffektiv und viele Gießereien haben Schwierigkeiten, die neue Technologie einzusetzen.

Oben:3D-gedruckte Form vor dem Einsetzen des Kerns

Gleichzeitig führt die Branche laut Brandon Lamoncha von Humtown Additive zunehmend hybride Arbeitsabläufe ein. „Wir sehen in der Produktion immer mehr, dass es sich eher um einen hybriden Prozess handelt“, sagt Lamoncha. „Eine Gießerei erstellt ein Modell, um die äußere Form des Gussstücks und der Form zu erstellen, aber die hochkomplexen Innenteile – alles von einem Turbogehäuse bis zu einem Zylinderkopf und Ventilkörpern für Luft-, Hydraulik- oder Pneumatiksysteme – diese komplexen Geometrien werden jetzt zunehmend mithilfe von 3D-Druck hergestellt und mit einer traditionellen Form kombiniert, die aus einem Muster hergestellt wird.“

Bei den meisten Projekten, die über die frühe Entwicklung hinausgehen, liefern traditionelle Gussmethoden wie Schalenformen und Feinguss immer noch eine überlegene Genauigkeit und Konsistenz bei deutlich geringeren Teilekosten bei höheren Stückzahlen. Daher ist der effektivste Ansatz oft keine Entweder-Oder-Entscheidung, sondern eine sorgfältige Bewertung, wie Rapid Prototyping und traditionelle Methoden – einzeln oder zusammen – basierend auf dem Zeitplan, der Designkomplexität und den Mengenanforderungen eines Projekts angewendet werden können.

Warum eine erfahrene Gießerei für Rapid Prototyping wichtig ist

Durch die Zusammenarbeit mit einer erfahrenen Gießerei erhalten Sie umfassende Gusskompetenz, die den gesamten Weg vom Entwurf bis zur Produktion rationalisiert. Kunden arbeiten direkt mit uns zusammen, da wir bei unseren Rapid-Prototyping-Gussteilen den gleichen Standard einhalten wie bei unseren Schalengussteilen. Unser Versprechen ist es, Gussteile nach Spezifikation zu liefern und dabei für jedes Projekt die bestmögliche Fertigungsmethode zu verwenden.

Wie Eagle Alloy Ihr Projekt unterstützt, vom Start bis zur Lieferung

Lamoncha, der regelmäßig mit Eagle Alloy an 3D-gedruckten Formgussprojekten zusammenarbeitet, fasst den Unterschied zusammen, den ein erfahrenes Gussteam bewirken kann:„Wir bekommen Kunden, die eine Idee auf einem Blatt Papier haben, und wir können sie von einer Serviettenskizze oder einem 2D-Druck oder einem 3D-Modell bis zum Guss umsetzen. Aber die Zeit, von dem Gespräch über ein Projekt bis zu dem Zeitpunkt, an dem man etwas in die Hände bekommt, kann Wochen oder Monate dauern.“

„Bei der Zusammenarbeit mit Eagle“, fährt Lamoncha fort, „erhält Humtown das Gegenteil von Napkin Sketches. Humtown erhält komplette technische Datenpakete mit allen Abständen, Schrumpfung pro Fuß und anderen Gießereiaspekten, die druckfertig sind, was den Prozess und Arbeitsablauf viel schneller macht.“

Bei Eagle Alloy bieten wir nicht nur Zugang zu 3D-gedruckten Gussteilen für schnelle Gussarbeiten, sondern bieten auch ein hohes Maß an Guss- und Konstruktionskompetenz für jedes Projekt. Unsere Ingenieure beurteilen, ob Rapid Prototyping am besten zu Ihrem Zeitplan, Ihrer Designkomplexität und Ihren Mengenanforderungen passt, und wir bieten frühzeitige Beratung, um Gussproblemen vorzubeugen und kostspielige Neukonstruktionen zu vermeiden. Ganz gleich, ob Sie vom Prototyp zur Produktion oder von der Schweißfertigung zu Gusskomponenten übergehen, wir begleiten Sie durch den Prozess und sorgen für einen reibungslosen Übergang zur vollständigen Fertigung.

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