Rapid3D News 06/2022
| News der Innovationsdienstleistung für industriellen 3D-Druck im PVH
Feinguss - Die neue Technologie für den 3D-Druck
So funktioniert die Technologie
Auf Basis eines 3D-Datei werden Wachsmodelle gedruckt, die mit dem späteren Gussteil nahezu identisch sind. Geringe Abweichungen sind auf unterschiedliche Schwindungen von Industriewachs und der zum Einsatz kommenden Metalllegierung zurückzuführen. Im Anschluss werden die Wachsteile an Verbindungsstücken zu Bäumen zusammengeklebt, sodass mehrere Teile in einem Fertigungsschritt hergestellt werden können. Um die benötigte Gussschale herzustellen, werden die Wachsbäume in keramische Masse eingetaucht und danach Sanden unterschiedlicher Körnung bestreut. Nach Trocknung wird das Wachs ausgedampft und die entstandene Schale bei über 1000 °C gebrannt. Anschließend erfolgt der Abguss des heißen Metalls: der Feinguss. Ist die Schale vollständig erkaltet, wird sie abgeschlagen. Übrig bleiben Bauteile, die zunächst vom Gussbaum getrennt, gereinigt und dann weiter bearbeitet werden. Durch den Wachs-3D-Druck können Teilegeometrien realisiert werden, die bisher im Feinguss nicht oder nur sehr schwer herstellbar waren.
Anwendungen
| Automatisation
| Maschinen- und Anlagenbau
| Energietechnik
| Pharma-, Medizin- und Rehatechnik
| Lebensmittel- und Verpackungstechnik
| Industrielösungen
| Automotive-Bereich: Turboladertechnologie
| Automotive-Lösungen
| Antriebstechnik
Beispiele für Anwendungen
Hüftpfannen in der Medizin
Das Gussteil besteht aus einem massiven schalenförmigen Kopf, auf dessen Oberfläche sich hunderte von kleinen sogenannten Tripoden befinden. Diese feinen, kreuzförmigen Anker sind das Bindeglied zwischen Implantat und Knochen. Zunächst wurden die Tripoden händisch im Wachsteil auf die Pfanne geklebt, was extrem zeitaufwendige, sehr filigrane Handarbeit war. Durch die Realisierung im Wachs-3D-Druck wird eine auf ein Zehntelmillimeter genaue Platzierung der Tripoden ermöglicht. Dies gewährleistet eine sicherere mechanische Verbindung zwischen Tripoden und Hüftkopf, bringt Kontinuität in den Prozess und ermöglicht eine Reduzierung der Durchlauf- und Personalkosten.
Radträger im Rennsport
Ein weiteres Anwendungsbeispiel findet sich im Rennsport. In dieser Branche spielt das Thema Gewichtsreduzierung eine entscheidende Rolle, um schneller und agiler zu sein. Im Rahmen einer Fertigungskooperation wurde eine bionische Radträgerkonstruktion entwickelt, die trotz einer erheblichen Gewichtseinsparung den erforderlichen Belastungen der Endanwendung standhält. Im Vergleich zum ursprünglichen Frästeil wurde über 40 Prozent des Gewichts eingespart. Diese bionische Teilekonstruktion ist in dieser Form ausschließlich im Hybridguss herstellbar.
Toleranzmasse
| Nennmaßbereich | 01 | 01 | 02 | 02 | DCI | DCTG | DCI | DCTG |
|---|---|---|---|---|
| bis 6 | 0,3 | 5 | 0,24 | 4 |
| über 6 bis 10 | 0,36 | 5 | 0,28 | 5 |
| über 10 bis 18 | 0,44 | 6 | 0,34 | 5 |
| über 18 bis 30 | 0,52 | 6 | 0,4 | 5 |
| über 30 bis 50 | 0,8 | 7 | 0,62 | 6 |
| über 50 bis 80 | 0,9 | 7 | 0,74 | 6 |
| über 80 bis 120 | 1,1 | 7 | 0,88 | 6 |
| über 120 bis 180 | 1,6 | 8 | 1,3 | 7 |
| über 180 bis 250 | 2,4 | 9 | 1,9 | 8 |
| über 250 bis 315 | 2,6 | 9 | 2,2 | 8 |
| über 315 bis 400 | 3,6 | 10 | 2,8 | 9 |
| über 400 bis 500 | 4,0 | 10 | 3,2 | 9 |
| über 500 bis 630 | 5,4 | 11 | 4,4 | 10 |
| über 630 bis 800 | 6,2 | 11 | 5,0 | 10 |
| über 800 bis 1000 | 7,2 | 11 | ||
| über 1000 bis 1250 |
Verfügbare Materialien
1.7231 Vergütungsstahl 42CrMo4
42CrMo4 ist ein CrMo-legierter Vergütungsstahl mit einer Festigkeit von 900-1200 N/mm².
Typische Einsatzgebiete für Stahlguss sind:
| Automobilbereich, Flugzeugbau und Maschinenbau in Bereichen, in denen eine hohe Festigkeit und Zähigkeit benötigt wird.
Im gegossenem Hybrid-Verfahren erreichte Werte.
| Härte = max. 374HB
| Re = max. 1108 N/mm²
| Rm =max. 1149 N/mm²
| A =7,2 %
| Dichte =7,7 kg/dm³
| Zerspanbarkeit: gut
| Schweißbarkeit: bedingt, Nachwärmebehandlung notwendig.
1.0558 Qualitätsbaustahl GS-60 (Ge 300)
Typische Einsatzgebiete für Stahlguss sind:
| Schiffbau
| Automobilindustrie (Karosserie)
| Maschinenbau
| Anlagenbau
Im gegossenem Hybrid-Verfahren erreichte Werte:
| Härte = max. 162 HB
| Re = max. 380 N/mm²
| Rm = max. 602 N/mm²
| A = 22,5 %
| Dichte = 7,85 kg/dm³
| Zerspanbarkeit: gut
| Schweißbarkeit: gut
2.4671 Inconel 713c Nickel-Cobaltlegierung
Inconel 713c weist eine hohe Korrosionsbeständigkeit auf, sodass die Legierung besonders für Anwendungen in extremen Umgebungen geeignet ist. Beim Erhitzen bildet sich eine dicke, stabile Oxidschicht, die die Oberfläche schützt. Die Festigkeit bleibt über einen breiten Temperaturbereich erhalten. Dies macht die Legierungen insbesondere für Hochtemperaturanwendungen bis 900°C interessant.
Typische Einsatzgebiete für Inconel sind:
| Automobilindustrie (Turbolader)
| Triebwerksbau (Verdichter, Laufräder)
| Anlagenbau (aggressive Medien)
| Rennsport (Ventile, Krümmer)
Im gegossenem Hybrid-Verfahren erreichte Werte:
| Härte = max. 414 HB
| Re = max. 817 N/mm²
| Rm = max. 952 N/mm²
| A = 4,3 %
| Dichte = 7,85 kg/dm³
| Zerspanbarkeit: schwer, hoher Verschleiß
| Schweißbarkeit: bedingt mit WIG, EB-Schweißung möglich
3.2384 AlSi7Mg0,6 Aluminium-Gusslegierung
Typische Einsatzgebiete für Stahlguss sind:
| Automobilindustrie
| Maschinenbau
| Anlagenbau
| Modellbau
Im gegossenem Hybrid-Verfahren erreichte Werte:
| Härte: max. 92 HB
| Re = max. 199 N/mm²
| Rm = max. 258 N/mm²
| A = 2,4 %
| Dichte = 2,68 kg/dm³
| Zerspanbarkeit: leicht
| Schweißbarkeit: gut
1.4848 GX40CrNiSi 25 20 hitzebeständiger Edelstahl
Typische Einsatzgebiete für 1.4848 sind:
| Automobilindustrie (Turbolader, Krümmer, Teile für Heißgasbereiche – 950°C)
| Maschinenbau (Strömungselemente, Teile für stabile Heißgasbereiche 900-1100°C)
| Anlagenbau (für Erdöl und Erdgas, Ventilkörper)
Im gegossenem Hybrid-Verfahren erreichte Werte:
| Härte = max. 215 HB
| Re = max. 323 N/mm²
| Rm = max. 635 N/mm²
| A = 24,4 %
| Dichte = 8 kg/dm³
| Zerspanbarkeit: gut – mittel
| Schweißbarkeit: gut
1.4308 GX6CrNi 18 9 nichtrostender Edelstahl
Typische Einsatzgebiete für 1.4308 sind:
| Teile für Lebensmittel- und Getränkeindustrieanlagen
| Einsatz in der chemischen Industrie (ohne Chloridbelastung)
| Architektur, Pumpen- und Ventiltechnik, Rohre und Verteiler, Filterpressen
Gussversion des 1.4301 nur leicht besser zerspanbar
Im gegossenem Hybrid-Verfahren erreichte Werte:
| Härte = max. 165 HB
| Re = max. 224 N/mm²
| Rm = max. 524 N/mm²
| A = 54,8 %
| Dichte = 7,88 kg/dm³
| Zerspanbarkeit: gut – mittel
| Schweißbarkeit: gut
1.4841 GX15CrNiSi 25 20 hitzebeständiger Chrom-Nickel Stahl
1.4841 ist ein hitzebeständiger Chrom-Nickel-Stahl. Er ist bis ca. 1100°C chemisch beständig, hat eine mittlere Korrosionsbeständigkeit und besitzt durch den höheren Chrom- u. Nickelgehalt eine gute Hitzebeständigkeit. Er besticht durch seine guten Festigkeitseigenschaften und mechanischen Eigenschaften bei hohen Temperaturen.
Typische Einsatzgebiete für 1.4841 sind:
| Hochtemperaturbauteile im Maschinenbau, Apparatebau und Ofenbau
Im gegossenem Hybrid-Verfahren erreichte Werte:
| Härte = max. 166 HB
| Re = max. 243 N/mm²
| Rm = max. 544 N/mm²
| A = 45,1 %
| Dichte = 8 kg/dm³
| Zerspanbarkeit: gut-mittel
| Schweißbarkeit: gut
