Gedruckte Gussform, Bild: Altair
Mit voxeljet gedruckte Gussform zur Erstellung des verlorenen Modells (positiv), von dem dann eine für den Feinguss benötigte verlorene Form (negativ) abgeformt wird. Bild: Altair

Die Gusssimulation mit solidThinkings Werkzeug Click2Cast (C2C) wurde zwei Mal eingesetzt – zu Beginn und am Ende des Designprozesses. In der frühen Phase ermöglichte es C2C den Konstrukteuren, die Herstellbarkeit des Bauteildesigns zu überprüfen und zu optimieren, um so innere Schäden zu vermeiden und kritische Bereiche analysieren zu können.

Gleichzeitig konnten so Iterationen zwischen den Design- und Entwicklungsabteilung reduziert werden. Am Ende der Designphase wurde C2C dann noch einmal genutzt, um den Füllprozess und den Erstarrungsvorgang zu simulieren. Dies ermöglichte die Auswahl der effizientesten Produktionsmethode und half, den Energie- und Materialverbrauch zu reduzieren sowie den Gesamtprozess zu verkürzen.

Schichtweise entstehen die Modelle

Nach der Optimierung, der Lebensdaueranalyse und der Gusssimulation wurden die Ergebnisse für den 3D-Druck der Gussformen an voxeljet weitergeleitet. Voxeljet produziert Kunststoffmodelle nach CAD-Daten, die wie in diesem Fall für Feingussanwendungen eingesetzt werden. Die Modelle entstehen durch den schichtweisen Auftrag eines Partikelmaterials, das mit einem Binder selektiv verklebt wird. Als Werkstoff kommt das Kunststoffmaterial PMMA (Polymethylmethacrylat) zum Einsatz, das häufig in Feingusswachsen enthalten ist.

Durch die Verwendung dieses organischen Materials ergibt sich ein sehr niedriger Restaschegehalt. Die Modelle dehnen sich nicht aus, weisen ideale Ausbrenneigenschaften auf und eignen sich dadurch besonders für den Feinguss. Die Bauteile können gegebenenfalls auch leichter sein, sind aufgrund der werkzeuglosen Herstellung jedoch in jedem Fall weitaus kostengünstiger.

Fazit

Der Technologiedemonstrator zeigt, welche Möglichkeiten in diesem Prozess stecken. Mit einer Kombination aus Optimierung, Lebensdaueranalyse, Gusssimulation und 3D-Druck ist es möglich, das volle Potenzial eines Leichtbaudesigns auszuschöpfen, oder wie in diesem Fall, die Leistung bei gleichem Gewicht deutlich zu steigern.

Der 3D-Druck der Formen ist wahrscheinlich sogar der einzige Weg, dieses Niveau an Komplexität in der Gusstechnik zu erreichen. Das Ergebnis dieses Beispiels ist sehr vielversprechend: das Bauteil ist im Vergleich zum alten Design um den Faktor 3 bis 5 steifer, ohne dass zusätzliches Material eingesetzt wurde. Ein weiterer Vorteil dieses Ansatzes ist, dass der eigentliche Produktionsprozess, in diesem Fall Feinguss, bereits gut etabliert und in vielen Industrien zertifiziert ist.

Außerdem eignet er sich gut für die Serienproduktion. Mit diesem Bauteil haben Altair, HBM Prenscia und voxeljet gezeigt, wie man mit dem 3D-Druck serientauglich produzieren kann. hei