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3D-gedruckte Sandkerne und Formen

Gießerei

Auch beim Formenbau im Gießereibereich setzt sich die Technik des 3D-Drucks immer weiter durch. Das innovative Verfahren bringt sowohl Zeit- als auch Kostenvorteile im Vergleich zur konventionellen Fertigung. Ganze Arbeitsschritte, u. a. auch teure Werkzeugkosten, können entfallen, da nur ein CAD-Datensatz zur Herstellung von Sandformen und Kernen benötigt wird.,

 

So ermöglicht die werkzeuglose Herstellung von Sandformen und -kernen eine wirtschaftliche Produktion, von Prototypen und Nullserien bis hin zum Ersatzteil. Anders als bei konventionellen Fertigungsverfahren sind der Komplexität der Formen und Kerne im 3D-Druck kaum Grenzen gesetzt, denn der Aufwand für den 3D-Druck ist nicht von der Komplexität der Bauteile abhängig.

Der 3D-Druck von Sandkernen und Formen im Detail

Bei herkömmlichen Verfahren müssen die einzelnen Kernsegmente oft aufwendig zu einem Kern zusammengesetzt werden. Beim 3D-Druck hingegen besteht wesentlich öfter die Möglichkeit, den gesamten Kern in einem Stück zu fertigen. Dies verkürzt den gesamten Produktionsprozess erheblich, da der Schritt des Zusammenfügens des Kerns entfällt. Bei kleineren Losgrößen können hier bis zu 75 % der Kosten eingespart werden.

Zeit ist Geld

In allen drei Modellen der S21-Serie ist der Octa-Core-Prozessor Samsung Exynos 2100 verbaut. Der Speicher beim S21 und S21 Plus reicht bis zu 256 GB, beim S21 Ultra bis zu 512 GB. Während die Weitwinkelkamera in den günstigeren Modellen eine Auflösung von 12 Megapixel garantiert, sind es im Spitzengerät 108 Megapixel. Als Schwachpunkt haben Experten in den Testlabors die Akkus der Serie ausgemacht, es handelt sich um 4000 mAh und 5000 mAh, was für die Performance der Smartphones zu wenig ist.

Samsung S21 im Vergleich

Kurze Lieferzeiten und ein hohes Maß an Flexibilität spielen eine entscheidende Rolle bei der Erfüllung unterschiedlichster Anforderungen. Doch wie lassen sich diese beiden Faktoren sinnvoll und vor allem wirtschaftlich miteinander verbinden?

Die Herstellung von Sandformen und Kernen mit dem 3D-Druckverfahren dauert in der Regel nur wenige Tage. Das spart im Vergleich zu konventionellen Produktionsmethoden mehrere Wochen Zeit. Außerdem erhöht es die Flexibilität in vielerlei Hinsicht.

 

Apropos Flexibilität: Gedanken über Hinterschneidungen oder Entformungsschrägen muss man sich beim 3D-Druck in den wenigsten Fällen machen - ganz im Gegensatz zu herkömmlichen Fertigung von Gießformen und Kernen. Zudem können notwendige Gießeinrichtungen meist direkt in den Formkasten eingebaut und gedruckt werden. Auch Änderungen am Bauteil lassen sich schnell und einfach vornehmen.

Vom gedruckten Kern zum fertigen Gussteil

Als Material der im 3D-Druck-Verfahren gedruckten Kerne und Formen kommt üblicherweise ein Phenolharz-Keramik-Sand-Gemisch zur Anwendung. Durch die Oberfläche bzw. die Kerndichte des gedruckten Materials kann bestimmt werden, wie rau das fertige Gussteil letztendlich beschaffen ist.

 

3D-gedruckte Sandformen und Kerne beliebiger Komplexität werden in einem Schichtbauverfahren hergestellt. Ein Recoater verteilt das Material zunächst in einer sehr dünnen Schicht über den gesamten Bauraum. Der Druckkopf trägt dann selektiv Binder auf die Bereiche auf, in denen später das Bauteil hergestellt werden soll. Diese beiden Schritte wiederholen sich, bis das gesamte Bauteil entsprechend aufgebaut ist. Das lose Partikelmaterial wird anschließend vom Bauteil entfernt, und es kann eine Nachbearbeitung erfolgen.

 

Wie beim klassischen Sandguss wird auch der gedruckte Kern im Anschluss in der Eisengießerei mit einer Schwärzung versehen, damit er den hohen thermischen Belastungen standhalten kann. Der 3D-gedruckte Sandkern kann anschließend in eine konventionell hergestellte Form eingesetzt werden - konventionelle Fertigungsverfahren und 3D-Druck lassen sich in der Regel beliebig kombinieren.

 

Im nächsten Schritt erfolgt das eigentliche Gießen. Alle gängigen Legierungen können mit den 3D-gedruckten Formen und/oder Kernen gegossen werden. Auch das Entfernen des Kerns gestaltet sich wie bei den konventionellen Fertigungsverfahren. Hierbei handelt es sich um ein Lost-Mold-Gießverfahren.

Die Nachbearbeitung

Das Bauteil kann nach der Entnahme aus der Form nachbearbeitet werden. Der Nachbearbeitungsaufwand wird durch das 3D-Druckverfahren reduziert, da die gegossenen Teile i. d. R. bereits eine höhere Genauigkeit aufweisen. Dies liegt daran, dass auch komplexe Geometrien mit Hinterschneidungen in einem Stück gedruckt werden können.

Vor- und Nachteile des 3D-Drucks von Sandkernen und -formen auf einen Blick

Wie sich bereits an den vorstehenden Informationen ersehen lässt, bringt der 3D-Druck von Sandkernen und Gussformen diverse Vorteile mit sich, die wir im Folgenden noch einmal zusammenfassen:

  • Zeitersparnis durch kurze Durchlaufzeiten
  • Kostenersparnis durch werkzeuglose Fertigung
  • Hohe Flexibilität bezüglich Stückzahl, Formdesign und Varianten
  • Geometrien in nahezu beliebiger Komplexität möglich
  • Auch komplexe Kerne in einem Stück produzier- und reproduzierbar
  • Mögliche Hybridbauweise und Kombination mit konventionellen Verfahren

Auch die Nachteile sollen hier selbstverständlich nicht außer Acht gelassen werden. Sie reduzieren sich jedoch auf wenige Faktoren:

  • Der Druck der Sandkerne und -formen ist vergleichsweise teuer. Ab einer Stückzahl von etwa 20 Exemplaren rechnet sich daher meist eine konventionelle Herstellungsmethode.
  • Der 3D-Druck macht die Herstellung einfach. Daher tendieren manche Konstrukteure zu unsinnigen Versuchsteilen, was wiederum einen Kostenfaktor darstellt.

Es bleibt festzuhalten, dass der 3D-Druck von Sandkernen und -formen eine interessante Technik mit vielen spannenden Möglichkeiten ist, die sich in den nächsten Jahren vermutlich noch weiter verbessern wird.

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