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Interview mit Grunewald

Additive Fertigung in einer Aluminium-Gießerei

| Redakteur: Stefan Guggenberger

Immer mehr Gießereien beschäftigen sich mit AM. Auch die Grunewald Gießerei in Bocholt setzt sich mit additiven Technologien auseinander. Im Interview verrät uns Vertriebsleiter Dr. Joachim Gundlach, aus welchen Gründen Grunewald Sanddruck einsetzt, wie der Prozess aussieht und welche Vor- und Nachteile damit einhergehen.

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Hier ist zu sehen, wie frisch gedruckte Formen in der Grunewald Gießerei ausgepackt werden.
Hier ist zu sehen, wie frisch gedruckte Formen in der Grunewald Gießerei ausgepackt werden.
(Bild: Grunewald GmbH & Co. KG)

Seit mehr als 40 Jahren fertigt Grunewald bereits Aluminium-Gussteile. Nun setzen Sie eine neue 3D-Sanddruckanlage ein. Warum haben Sie sich für dieses Verfahren entschieden und welche Vor- und Nachteile gehen damit einher?

Dr. Joachim Gundlach: Als eines der ersten Unternehmen nutzte Grunewald bereits seit dem Ende der 90er Jahre die Sandsinter-Technologie. Am Anfang hatten wir Schwierigkeiten mit der Qualität der Gussteile aus lasergesinterten Formen. Die hohen Binderanteile im Formstoffsystem führten beispielsweise zum Ausgasen und somit zu Gussfehlern. Auch war die Maschinentechnologie des Sandsinterns noch nicht wirklich ausgereift. Anders ist dies beim Sanddrucken. Da bei dieser Methode von Beginn an produktionsnahe Formstoffsysteme eingesetzt werden können, treten weniger Qualitätsprobleme auf. Heutzutage ist die Qualität sandgedruckter Teile nahezu vergleichbar mit konventionell hergestellten Formen und Kernen. Im Wesentlichen bringt der Einsatz gedruckter Formen und Kerne zwei Vorteile: Zeitersparnis durch den Wegfall von Modellkonstruktion und Modellbau und eine erweiterte Gestaltungsfreiheit der Gussteilgeometrien und der Gießsystem. Mit dem Sandguss können auch neue Anregungen und Impulse für Anpassungen im Serienguss entstehen. Dies ist auch im Hinblick auf andere Gießverfahren möglich, schließlich können auch Druckguss- oder Kokillengussgeometrien im Sandguss hergestellt werden. Schnelligkeit, Flexibilität und Qualität sind letztlich wesentliche Argumente, die zur Entscheidung beitrugen.

Ab wann lohnt sich additive Fertigung?

Dr. Joachim Gundlach ist Vertriebsleiter bei der Grunewald GmbH & Co. KG.
Dr. Joachim Gundlach ist Vertriebsleiter bei der Grunewald GmbH & Co. KG.
(Bild: Grunewald GmbH & Co. KG)

Dr. Joachim Gundlach: Bei komplexen Gussteilen oder auch Gussteilen in Mehrfachkavitäten, bei bestimmten Stückzahlen, wenn es schnell gehen muss und zum Beispiel auch bei kernhaltigen Gussteilen, wenn Modellbau und 3D-Druck von Kernen kombiniert werden kann. Und natürlich bei noch nicht ganz ausgereiften Geometrien, welche noch nicht konventionell formbar sind. Wenn wir nun den Sanddruck mit dem Weg der konventionellen Formkonstruktion vergleichen, lag der Break-Even nach meiner Erfahrung noch vor einigen Jahren bei komplexeren Bauteilen bei etwa 10 Teilen. Abhängig von Größe und Komplexität einer Geometrie ist es heute möglich diese Summe zu vervielfachen. Dies muss aber jeweils individuell betrachtet werden.

Wie sieht der Prozess des Niederdruck Sandgusses in der additiven Formfertigung aus?

Dr. Joachim Gundlach: Üblicherweise startet der Prozess mit einem 3D CAD Modell sowie der Gestaltung der Printform und der Kerne. Das Wichtigste in der Formkonstruktion ist, dass durch eine entsprechende Gestaltung der Form und des Gießsystems Zeit beim Drucken und auch den Folgeprozessen in der Gießerei gespart werden kann. Dadurch wird die gesamte Fertigung beeinflusst. An dieser Stelle ist aber besonders viel Know-How und Kreativität gefragt, um nicht in herkömmlichen Konstruktionen zu verharren. Im zweiten Schritt werden die CAD-Daten dann übergeben und der Bauraum in der Printanlage intelligent genutzt. Nach dem Druckprozess wird die Box entleert. Zu diesem Zeitpunkt ist der gedruckte Sand ausgehärtet, sodass der lose Sand abgesaugt werden kann. Der weitere Aushärteprozess erfolgt je nach Bindersystem und Anlagentechnik beispielsweise in einem weiteren Ofenprozess. . Dann sind die Formen und Kerne fertig und werden dem Gießprozess zugeführt. Alle weiteren Schritte (Gießen, Ausleeren, Putzen, Strahlen, Wärmebehandlung, Richten, NC-Bearbeitung, etc.) sind dann identisch mit konventionellen Verfahren.

Welche mechanischen Eigenschaften weist ein solches Produkt auf?

Dr. Joachim Gundlach: Generell richten wir uns nach dem jeweiligen Wunsch des Kunden und der spezifischen Anforderung. In diesem Beispiel haben wir eine Aluminium-Silicium-Magnesium-Legierung für ein dünnwandiges crash- und festigkeitsrelevantes Teil verarbeitet und wärmebehandelt. Bei einer Dehnung von > 10 %, ist die Zugfestigkeit > 180 MPa und die Dehngrenze von 0,2 Rp liegt bei > 120 MPa. Bei einer Dehnung von > 7 %, liegt die Zugfestigkeit bei > 230 MPa und die Dehngrenze bei > 180 MPa. Das bedeutet: Je höher die Dehnung, desto niedriger die Festigkeit und umgekehrt. Das sind allgemeine und beispielhafte Werte. Durch die Gießtechnik und Kühlungen können lokal auch höhere Werte erzielt werden.

Können Sie ein Kostenbeispiel nennen?

Dr. Joachim Gundlach: Am Beispiel eines typischen Federbeindoms (Shocktower) wurden Formen und Kerne gedruckt. Wir konnten hier feststellen, dass sich der Einsatz additiver Fertigung lohnt, wenn maximal 25 Gussteile benötigt werden. Bei gefrästen Modellhälften und gedruckten Kernen war die Nutzung additiver Fertigung bis 32 Gussteile rentabel. Ab einer Stückzahl von 33 Gussteilen sollten Modellhälften und Kernkästen gefräst und somit alles konventionell geformt werden. Das bedeutet also, dass sich additive Fertigungsverfahren des Sanddruckens für die Herstellung geringer Stückzahlen lohnen können, ab einer größeren Menge – in unserem Fall 33 – sind aber konventionelle Methoden noch wirtschaftlicher.

Wie qualitativ hochwertig sind 3D-gedruckte Teile? Wie viel Nachbearbeitung ist im Vergleich zum konventionell gegossenen Teil notwendig?

Dr. Joachim Gundlach: Wir haben die Qualität in beiden Verfahren im Rahmen einer Masterarbeit untersucht und bekamen das Ergebnis, dass die Qualität tatsächlich nahezu identisch ist. Glaubt man den Ergebnissen sind die geometrischen Toleranzen und die Bauteileigenschaften nahezu identisch. In den Folgeprozessen kann durch eine innovative Formgestaltung die Nacharbeit, wie das Putzen und Entgraten sogar deutlich reduziert werden.

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Dieser Beitrag wurde ursprünglich auf unserem Partnerportal Spotlightmetal veröffentlicht.

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