Bedeutende Bauwerke aus dem Drucker

Bedeutende Bauwerke aus dem Drucker

Pneumatik unterstützt in der Nachbearbeitung

Sie ist rund, teilweise in sich gedreht, wirkt eher wie organisch gewachsen als geplant und gebaut – und ist noch unvollendet. Die Sagrada Família in Barcelona ist eines der bedeutendsten Bauwerke von Antoni Gaudí – und ein wahrer Albtraum für die Architekten. Deutlich vereinfacht wird die Realisierung bis heute durch additive Fertigungsverfahren, die die Herstellung komplizierter Bauteile leichter oder sogar erst möglich machen. Um die Vorstellungen Gaudís zu verwirklichen, überprüfen und bewerten die Architekten des Baus das entworfene Design anhand von 3-D-Modellen und treiben so die Fertigstellung maßgeblich voran.

In der Industrie hat sich die additive Fertigungstechnik längst etabliert. Neben der einzigartigen Gestaltungsfreiheit bei komplexen Bauteilen spielt auch die effizientere Materialverwertung eine bedeutende Rolle. Trotz aller Vorteile birgt insbesondere der Metalldruck aber auch Risiken, da die feinen Metallpulver gesundheitsschädlich wirken können und aufgewirbelt zum Teil explosionsfähige Atmosphären bilden. Nach dem Bauprozess bleiben in den Stützstrukturen und innen liegenden Konturen im Bauteil oft große Mengen Pulver zurück, welche sich nur schlecht entfernen lassen. Gerade diese Restpulver können in den Folgeprozessen zu erheblichen Schwierigkeiten und Zeitverlusten führen.

Als ein deutscher Automobilhersteller vor zwei Jahren mit dieser Problematik auf den Augsburger Maschinenbauer Solukon zukam, musste eine schnelle Lösung her. „Bis dato war der Nachbereitung von Metalldrucken, dem sogenannten Postprocessing, wenig Beachtung geschenkt worden“, erklärt Andreas Hartmann, Geschäftsführer der Solukon Maschinenbau GmbH. „Unsere Lösung bestand in der Entwicklung einer sicheren Reinigungskabine mit automatisiertem Reinigungsprozess. Eine der Herausforderungen dabei war die Entwicklung einer effizienten und zündquellenfreien Reinigungsvorrichtung innerhalb einer schutzgasgefluteten Prozesskammer. Um diese Aufgabe meistern zu können, kommen zum großen Teil pneumatische Komponenten zum Einsatz. Bei der Auswahl der Komponenten haben wir von Anfang an auf die kompetente Beratung unseres verlässlichen Partners von AVENTICS, der Firma Michael Lehner Fluidtechnik, gesetzt“, so Hartmann weiter. „Gerade die schnelle Bereitstellung von Informationen und Mustern sowie das umfassende Produktportfolio von AVENTICS haben uns sehr beim Entwicklungsprozess unserer Anlage unterstützt.“

Arbeitsschritte des Metalldrucks professionalisieren

Durch das schichtweise Auftragen von Material kann beim 3-D-Druck das gewünschte Bauteil fließend und in einem Guss produziert werden. So lassen sich relativ einfach auch Bauteile herstellen, die aufgrund ihrer komplexen Geometrie nicht konventionell gefertigt werden könnten. Außerdem bringt das additive Fertigungsverfahren erhebliche Effizienzgewinne im Materialeinsatz mit sich. In dem Verfahren liegen aber auch Herausforderungen.

Sicherheit nur durch nachhaltiges Postprocessing

Durch die Fertigung im Laserschmelzverfahren befindet sich das Werkstück nach Abschluss des Bauprozesses noch in einem dichten Pulverkuchen. Das Auspacken aus dem Restmaterial ist durch die feinen Pulverreste der Produktion schwierig. Neben den gesundheitlichen Gefahren können beim Aufwirbeln feinster Partikelmaterialien beispielsweise aus Aluminium oder Titan auch explosionsfähige Atmosphären entstehen. Um das Postprocessing entsprechend sicher zu machen, hat das Maschinenbauunternehmen Solukon vor zwei Jahren eine am Markt bis dahin einzigartige Reinigungskabine entwickelt. Die Prozesskammer mit inkludierter räumlicher Schwenkvorrichtung entfernt Metallrückstände automatisiert und nahezu vollständig in einem geschlossenen Kreislauf.

Mit der Reinigungskabine SFM02-AT800 ist es möglich, Metallbauteile mit Abmessungen bis zu 800 x 400 x 500 Millimetern (X/Y/Z inkl. Bauplattform) sicher und effizient zu reinigen. Die Reinigung erfolgt innerhalb einer dichten, mit Schutzgas gefluteten Prozesskammer. In dieser Kammer wird das Bauteil räumlich geschwenkt und mit gezielter Schwingung angeregt, sodass sich die Pulverreste lösen und am Boden der Kammer sammeln. Über einen Trichter können die Pulverreste dann ausgeschleust werden. Eine 3-D-Schwenkvorrichtung schwenkt die Bauteile samt Bauplattform kontinuierlich um zwei Achsen. So werden auch komplexe Hohlräume, Hinterschneidungen und Stützstrukturen restlos von ungebundenem Baumaterial befreit. Der schonende Reinigungsvorgang unter Schutzgasatmosphäre verhindert die Entstehung explosionsfähiger Atmosphären und schützt zugleich das Baumaterial vor Oxidation. Ein klarer Vorteil dieser automatisierten Prozesse besteht in der Einsparung vieler Stunden Nacharbeit. Über die neue Reinigungsmöglichkeit komplexer Innenstrukturen sowie reproduzierbare Reinigungsprozesse freuen sich besonders Kunden in der Luft- und Raumfahrt.

Die Relevanz des pneumatischen Ventils

Um jede Explosionsgefahr auszuschließen, muss die Prozesskammer mit Schutzgas sicher geflutet und zündquellenfrei aufgebaut sein. Ein wesentlicher Bestandteil der vollautomatisierten Reinigungskabine ist daher die Verwendung von Pneumatikkomponenten. Die durch Druckluft gesteuerten Antriebe bieten hier die einzige Möglichkeit, eine effiziente und zugleich gefahrenfreie Maschine zu konzipieren. Die Ventilsysteme der Serie AV werden eingesetzt, um die pneumatischen Komponenten zu steuern. Damit lässt sich auch die Aufteilung in Druckluft und Schutzgassteuerung gut umsetzen. Der Pneumatikzylinder der Baureihe CCL eignet sich besonders gut zum Einsatz in der Prozesskammer, da er zur Verwendung in explosionsgefährdeten Bereichen vorgesehen ist. Die glatte Oberfläche des CCL erleichtert zudem den Reinigungsprozess der Kabine. „Bei der Reinigungskabine von Solukon lag die Herausforderung darin, eine Technologie zu entwickeln, die verschiedene Anforderungen erfüllen musste“, kommentiert Michael Lehner, langjähriger Vertriebspartner von AVENTICS. „Daher war es besonders wichtig, dass wir in die Konstruktion von Anfang an mit einbezogen worden sind.“

Dieser Fall zeigt, dass sich auch die Bereiche der additiven Fertigung am besten weiterentwickeln, wenn die Prozesse unternehmensübergreifend betrachtet und die Erfahrungen verschiedener Automationsbereiche mit aufgenommen werden. Dass auf diese Weise entwickelte Innovationen der ganzen Branche Mehrwert bieten, bestätigt auch Andreas Hartmann: „Dank der sehr guten Zusammenarbeit konnten wir schnell und einfach eine überzeugende Systemlösung finden, wovon auch unsere Kunden in der additiven Fertigung profitieren.“

„Wir haben die Ventilsysteme vormontiert und geprüft geliefert – das hat bei der Inbetriebnahme wertvolle Zeit gespart.“

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