Manuelle Bearbeitung von Teilen mit hocheffizienten und spezialisierten Werkzeugen unterstützen den Weg der additiven Fertigung als Technologie für die Herstellung hoher Stückzahlen
Die additive Metallverarbeitung hat sich mittlerweile zweifellos zu einem industriellen Megatrend im Fertigungsbereich entwickelt. Insbesondere in Industriesektoren, in denen viel mit Kleinserien gearbeitet wird, hat sie sich fest etabliert. Dies gilt insbesondere für die Luft- und Raumfahrt, aber auch für die Medizintechnik und den Formenbau. Das Verfahren ermöglicht die kostengünstige Herstellung von Bauteilen in kleinen Losgrößen, da die Kosten für bauteilspezifische Werkzeuge wie Formen oder Kerne entfallen. Ein weiterer Vorteil ist die große geometrische Gestaltungsfreiheit. In der Automobilindustrie beschränkt sich das neuartige Fertigungsverfahren derzeit noch auf Nischen wie die Fertigung seltener Ersatzteile für Oldtimer oder spezieller Bauteile für den Werkzeugbau. Für den Einsatz bei Großserien ist es im Vergleich zu Guss- oder Zerspanungsverfahren jedoch noch nicht rentabel. Aber: Die 3D-Drucker werden immer schneller, größer und effizienter und könnten in wenigen Jahren auch in der Massenfertigung den traditionellen Fertigungsverfahren Konkurrenz machen.
Mechanische Bearbeitung als Problemlöser
Ist ein Bauteil einmal gedruckt, so ist es in aller Regel noch lange nicht fertig. Beim 3D-Druck entfallen bis zu 70 % der Kosten auf die Nachbearbeitung, egal mit welchem der unterschiedlichen Druckverfahren, wie Laserschmelzen (DMLS/SLM), Elektronenstrahlschmelzen oder Laserauftragschweißen (DED/LMD), das Teil hergestellt wurde. Dies ist ein großer Nachteil gegenüber gegossenen und/oder im Bearbeitungszentrum gefrästen Teilen, deren Nachbearbeitung deutlich weniger aufwendig ist. Zudem sind die durchaus vorhandenen Nachbearbeitungslösungen noch wenig bekannt, da die Technologie an sich neu ist und man sich vor allem auf das Drucken konzentrierte und den nachgelagerten Arbeiten wenig Beachtung schenkte.
Im ersten Schritt der Nachbearbeitung müssen die auf eine Metallplatte gedruckten Bauteile abgetrennt werden. Eine Möglichkeit hierfür ist die Drahterosion, die jedoch relativ zeitaufwendig ist. Zudem kann der Draht bei Kontakt mit sehr dünnen Stützstrukturen oder Pulver im Bauteil leicht reißen. Ein weiterer Nachteil ist, dass die bei der Drahterosion zum Einsatz kommenden Flüssigkeiten und Emulsionen das Bauteil beschädigen können. Daher setzt sich immer mehr das Sägen als deutlich schnelleres und günstigeres Verfahren durch: Hierbei muss einfach nur ein gerader Schnitt gesetzt werden. Grob geschätzt, fallen beim Sägen etwa 50 Euro pro Platte an, bei der Drahterosion knapp das Siebenfache.
Doch nach dem Abtrennen des Bauteils von der Platte geht die Nachbearbeitung erst so richtig los: Zum einen entsteht beim Abtrennen ein Grat, der entfernt werden muss. Bei manchen Bauteilen müssen zudem die für den 3D-Druck typischen rauen Oberflächen geglättet und Funktionsflächen gefräst werden. Außerdem müssen die beim 3D-Druck entstehenden Stützstrukturen beseitigt werden. Einer der großen Vorteile der additiven Fertigung ist ja, dass sehr komplizierte Geometrien realisiert werden können. Dafür müssen jedoch bei 3D-gedruckten Bauteilen Überhänge und Löcher generell mit einer Stützstruktur versehen werden, da sonst der Überhang oder das Loch beim Druckprozess zusammenfallen würde. Sehr erstaunlich ist, dass viele Anwender diese Tätigkeiten manuell mit Hammer, Meißel und einer Handfeile durchführen. Das macht einen großen Teil des Produktivitätsgewinns wieder zunichte, der mit dem 3D-Druck einhergeht.
Werkzeuge mit höchster Effizienz
Jedoch gibt es hierfür durchaus andere Optionen. Zur ersten Wahl haben sich über die letzten Jahre Druckluft- und Elektrowerkzeuge der Marke BIAX etabliert, unter der die familiengeführte schwäbische Schmid & Wezel-Gruppe seit 100 Jahren handgeführte Präzisionsmaschinen für die industrielle Metallbearbeitung herstellt und vermarktet. Besonders die Druckluftwerkzeuge sind nach Überzeugung von Filipp Pachomow, Vertriebsleiter von BIAX, aufgrund ihrer kompakten Abmessungen und des geringen Gewichts für das Nacharbeiten geradezu prädestiniert. In der Tat lässt hier das Produktsortiment des Werkzeuganbieters kaum Wünsche offen: Gerade und gewinkelte Schleifer verschiedenster Geschwindigkeits- und Leistungsklassen decken von sehr feinen bis hin zu sehr groben Schleif- und Fräsarbeiten ein sehr breites Anwendungsspektrum ab.
Ein besonderes Highlight dieser Produktgruppe ist das Modell TVD 3-100/2, das mit 100 000 U/min in Kombination mit spitz zulaufenden Frässtiften sehr feine Oberflächenergebnisse liefert. Der Bestseller jedoch ist der SRD 3-55/2 S, ein Allroundschleifer im Format eines Schreibstifts mit 55 000 U/min für Polier- und Fräsarbeiten, der mit einem Schnellwechselfutter ausgestattet ist. Dies ermöglicht einen sehr schnellen Werkzeugwechsel, was bei der Nachbearbeitung im 3D-Druck von großem Vorteil ist, da hier meist mit verschiedenen Werkzeugen gearbeitet werden muss.
Rundschleifgerät SRD 3-55 (oben) und MD 100 zur Bearbeitung von Metallteilen
Die allerfeinsten Oberflächenergebnisse, die beispielsweise bei sehr filigranen medizinischen Bauteilen verlangt werden, können mit einem Druckluftfeiler erzielt werden. Auch hier bietet BIAX eine Vielzahl von Maschinen, wobei der Mini-Feiler FLV 1-20 mit einer Hublänge von weniger als einem Millimeter besonders hervorsticht. Ein anderes großes Thema, gerade bei Bauteilen mit komplizierter Geometrie, ist das Entfernen von Stützstrukturen: Hier wird mit dem Druckluftmeißel MD 100 auf eine Lösung gesetzt, mit der sich die Stützstrukturen überraschend einfach und rückstandslos sauber wegrasieren lassen.
Für Anwender, die keine Druckluft einsetzen können oder wollen, hat BIAX elektrische Maschinen mit biegsamer Welle im Sortiment. Hierbei treibt ein stationärer Elektromotor mit unterschiedlichen Leistungsstufen eine biegsame Welle an, an deren Ende ein kleines Handstück befestigt ist. Anders als bei einem Druckluftwerkzeug ist die Geschwindigkeit im Bereich von 12 .000 U/min bis 36 000 U/min regelbar (Modell MB 20 G). Der Motor ist leistungsstärker, als bei einem Druckluftwerkzeug, eignet sich aber nicht ganz so gut für filigrane Arbeiten.
Einsatz der Werkzeuge aus der Serie FLV
Neues Mikroschleifer-Set
Mit dem Mikroschleifer-Set SE 50 Silent Grinder ist erstmals ein elektrischer Mikromotor von BIAX verfügbar. Das Set besteht aus der kompakten Steuerung SEB 50 und einem robusten und hochpräzisen geraden Schleiferhandstück mit Mikromotor (ESB 3-50). Optional gibt es das schlanke Handstück ESS 3-50 mit verlängerter Spindel für schwer zugängliche Stellen sowie ein Winkelhandstück mit 90 Grad (ESW 3-50). Als weiteres Zubehör stehen ein dynamischer Fußschalter und ein Fußschalter Ein/Aus zur Verfügung.
Mikroschleifer-Set
Bei allen Schleifern lassen sich 3 mm Schäfte spannen. Es sind aber auch hochpräzise Spannzangen in den Größen 1,6 mm, 3/32‘‘ (2,35 mm) und 1/8‘‘ (3,175 mm) erhältlich. Der Werkzeugwechsel erfolgt durch Schnellspannung einfach und werkzeuglos. Die Geschwindigkeit lässt sich auf bis zu 50 000 U/min stufenlos regeln, die Leistung liegt bei 160 W. In der praktischen Maschinenablage sind gleichzeitig auch die Spannschlüssel für die Spannzangen untergebracht. Sämtliche Komponenten werden in Deutschland gefertigt.
Die kompakten BIAX-Mikromotoren sind auch bei Belastung extrem geräuscharm, so dass mehrere Geräte sehr komfortabel in geringen Abständen zueinander betrieben werden können. Die ausgewogene Balance, zusammen mit der leichten und kompakten Bauweise, ermöglicht ein dauerhaft ermüdungsfreies und effizientes Arbeiten. Dabei sind die Mikromotoren zuverlässig und langlebig bei sehr geringem Servicebedarf. Dafür sorgt nicht zuletzt eine spezielle Abdichtung der leistungsfähigen Kugellager.
BIAX stellt auf der EMO in Hannover aus: Halle 3, Stand B01
- www.biax-germany.com
