Pulver-Krimi beim Selective Laser Melting

Hocheffiziente Fertigung komplexer Musterteile aus verdüstem Aluminium

Bereits nach wenigen Tagen – und nicht wie früher erst nach sechs Wochen – können die Entwicklungsingenieure bei Pierburg neue komplexe Musterteile auf dem Prüfstand testen. Dafür werden diese nicht mehr gegossen, sondern generativ Schicht für Schicht aus verdüstem Aluminium-Pulver aufgebaut. Das innovative Selective Laser Melting (SLM)-Verfahren hat das Unternehmen mit eigenem Know-how optimiert – und damit die Effizienz des gesamten Entwicklungsprozesses gesteigert.

„Als wir die erste Anlage im September 2013 in Betrieb nahmen, hatten wir mit vielen Störungen zu kämpfen“, blickt Dr. Frank Junker, Leiter der Neusser Muster- und Kleinserienfertigung zurück. Mit tatkräftiger Unterstützung des firmeneigenen Maschinenbaus wurden zahlreiche Veränderungen vorgenommen. Mittlerweile laufen zwei Anlagen insgesamt 5.000 Stunden im Jahr, auch am Wochenende, mann- und werkzeuglos, aber bedient von einem qualifizierten Team, das die Feinheiten der Technologie beherrscht.

Auf das Pulver kommt es an

Ebenso wie in der Maschinentechnik steckt auch im eigentlichen Fertigungsprozess viel Know-how. „Die Herausforderung“, erläutert Dr. Junker, „besteht darin, das Bauteil in der gewünschten Qualität schnell und wirtschaftlich zu produzieren.“ Über die Qualität – hier vor allem die Dichte – des Bauteils entscheidet die Güte des Werkstoffs maßgeblich mit. Pierburg setzt pulverisiertes Aluminium ohne Bindemittel ein. „Das richtige Pulver zu finden“, so Dr. Junker, „ist ein echter Krimi“. Nur wenige Hersteller weltweit können es in der geforderten Güte aus einem festen Körper verdüsen. Damit lässt sich eine Dichte von bis zu 99,9 % erzielen – ein beachtlich hoher Wert.

PULVER IST EIN ECHTER KRIMI – JE FEINER DIE KONSISTENZ, DESTO HÖHER DIE DICHTE UND DAMIT DIE QUALITÄT DES MUSTERTEILS 

 

Das extrem feine Pulver wird in nur 50 Mikrometer dünnen Schichten, die halb so dünn sind wie ein Blatt Papier, auf die Bauplattform der SLM-Anlage aufgetragen und mittels Laserstrahl an ausgewählten Stellen – also selektiv – belichtet und umgeschmolzen. Um die Vektoren des Lasers zu errechnen, wird das CAD-Modell des Bauteils in einzelne Schichten unterteilt. Nach der Erstarrung des Materials wird die Bauplattform um den Betrag der Schichtdicke abgesenkt und das Pulver erneut aufgetragen. Dieser Zyklus wird so oft wiederholt, bis mehrere Tausend Schichten umgeschmolzen sind. Nach der manuellen Entfernung eventuell eingesetzter Stützkonstruktionen kann das Bauteil sofort verwendet werden. Stellschrauben für mehr Effizienz liegen in der Platzierung des Bauteils in der Maschine und der Optimierung der Laser-Belichtungszeiten im Verhältnis zu den Supportvorgängen, z.B. dem Beschichten. Neben der enormen Reduktion der Herstellungszeit von sechs Wochen auf zwei Tage, bietet der SLM-Prozess weitere Vorteile. Verfahrenstypisch ist dabei die Geometriefreiheit, die neue Möglichkeiten eröffnet, beispielsweise für die Herstellung hohler Strukturen zur Reduktion der Massenträgheit. Auch 3-D-Kanäle, zum Beispiel für Kühlschmierstoffe, lassen sich mit dem Laser sehr gut erzeugen, ebenso wie Hinter schnitte, die mit formgebundenen Verfahren nicht herstellbar sind. Darüber hinaus gewährleistet die hohe Dichte eine weitgehende Entsprechung der mechanischen Eigenschaften mit dem Grundwerkstoff.

AUF ZWEI SLM-ANLAGEN FERTIGT PIERBURG BAUTEILE IN WENIGEN TAGEN, DIE SOFORT AUF DEM PRÜFSTAND EINGESETZT WERDEN KÖNNEN

„Das SLM-Verfahren“, so Dr. Junker, „ist für uns eine Erfolgsstory. Mit unserem Know-how gelten wir als Vorreiter einer Technologie, die eigentlich noch in den Kinderschuhen steckt. Das hat die Fertigung komplexer Musterteile und in der Folge den gesamten Entwicklungsprozess nach vorne gebracht.“ Davon profitieren auch andere Konzern-Gesellschaften, für die Pierburg ebenfalls Musterteile auf den SLM-Anlagen fertigt.

Update: Aus der bei Pierburg in Neuss verorteten Muster- und Kleinserienfertigung wurde das Rheinmetall Automotive Startup Solidteq gegründet. Weitere Informationen erhalten Sie unter www.solidteq.de.