Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Steigerung der Oberflächengüte von additiv gefertigten Formen und Kernen für die Gießereitechnik

Dieses Forschungsvorhaben setzt sich die Steigerung der Oberflächengüte 3D-gedruckter Kerne und Formen für den Einsatz zur Produktion von Leichtmetallgussteilen zum Ziel. Derzeit sind die Bauteile auf Grund der

Oberflächenbeschaffenheit, technisch wie optisch, nur in bestimmten Bereichen verwendbar. Die Zielstellung ist es die Rauheit Ra von Kernen und Formen von derzeit mehr als 65 auf unter 12,5 Mikrometer zu reduzieren.

Im Forschungsvorhaben werden umfangreiche Untersuchungen in den Themenfeldern Reduktion von digitalen Artefakten, Modifikationen am Materialsystem und Reduzierung von Störungen durch den Druckkopf oder den Beschichter ausgeführt.

Es wird jeweils ein empirisches Testumfeld aufgebaut, das die einfache Zugänglichkeit zu Messgrößen ermöglicht. Die ermittelten Messdaten werden mit theoretischen Berechnungen und Simulationen abgeglichen. Daraus werden Maßnahmen, wie beispielsweise Parametersätze, Maschinenmodifikationen oder optimale Korngrößenverteilungen für Sand abgeleitet. Deren Wirksamkeit wird über Messungen am Kern und an Versuchsgussteilen nachvollzogen. Als besonders innovativer Inhaltspunkt soll im Themenfeld Reduktion von digitalen Artefakten die Wirksamkeit von graustufenfähigen Druckköpfen auf die Oberflächenqualität untersucht werden.

Durch die steigende Leistungsfähigkeit der 3D-Drucker für Gießformen und Kerne können immer größere Serien derzeit bereits wirtschaftlich produziert werden. Die Individualisierung und steigende Komplexität moderner Bauteile kommt dem

Verfahren dabei entgegen. Durch die Oberflächeneigenschaften bedingt findet das Drucken meist nur im Prototypenbereich Anwendung. Besonders KMU könnten im Bereich der Produktion kleiner und mittlerer Serien stark profitieren, wenn die Projektziele erreicht werden, da die Integration der Technik in die Produktion einfach ist und die erzielbare Komplexität, auch durch die Einsparung von Montageschritten, ein starkes Verkaufsargument ist.

Ergebniszusammenfassung:

Das 3D-Drucken von Sandformen und –kernen ist mittlerweile in fast allen Gießereien in Deutschland angekommen. Entweder haben die Firmen eigene Anlagen in Betrieb oder es werden gedruckte Teile zugekauft. Das in diesem Projekt behandelte Furanharzsystem hat eine Marktabdeckung von über 80% und hat somit hohe Relevanz für die deutsche Industrie. Häufig beklagen die Gießereien Probleme bei Maßhaltigkeit und Einhaltung von Toleranzen sowie Oberflächengüte. Diese Problemstellungen wurden in diesem Projekt konkret behandelt. Es konnte klar aufgezeigt werden, wie die Maßhaltigkeit von verschiedenen Parametern abhängt und dass, wenn diese Parameter konstant gehalten werden, diese sich nicht verändert. Damit können sowohl Lieferanten von Kernen als auch Betreiber von eigenen Anlagen in Zukunft gezielt auf Probleme in der Produktion reagieren.

Um die Kommunikation von Produzenten und Kunden von 3D-gedruckten Teilen zu vereinfachen, wurde ein Software Tool entwickelt. Dieses Programm wird mittlerweile bei mehreren Firmen im Kunden-Druck eingesetzt. Es ermöglicht, Treppenstufeneffekte vorab zu visualisieren und so die Lage der Bauteile im Raum zu optimieren.

Weiterhin konnte in diesem Projekt gezeigt werden, wie die Oberflächenqualität durch gezielte Anlagensteuerung verbessert werden kann. Dabei wurde der sogenannte Treppenstufen-Effekt vollständig beseitigt und dies an Demonstratorteilen nachgewiesen. Damit der Transfer in die Industrie sichergestellt wird, wurden die Algorithmen erweitert, sodass in Zukunft die Technik auch auf Bestandsanlagen eingesetzt werden kann. In den kommenden Monaten soll ein Programm mit benutzerfreundlicher Oberfläche veröffentlicht werden.