Additive Manufacturing bei voestalpine: Wie geht es weiter? 4 Minuten Lesezeit
Innovation

Additive Manufacturing bei voestalpine: Wie geht es weiter?

Volkmar Held

Additive Manufacturing ergänzt die Angebotspalette der voestalpine für anspruchsvolle Kunden und unterstreicht die Forschungskompetenzen des Konzerns ebenso wie seine Leistungsfähigkeit als Hersteller höchstwertiger Metallpulver, den Ausgangsprodukten für erstklassigen 3D-Druck mit Metallen. voestalpine ist auf die Zukunft mit der neuen Technologie vorbereitet.

Es gab in den vergangenen Jahrzehnten wohl kein Fertigungsverfahren, das die Landschaft der Metallverarbeitung so verändern wird, wie es sich durch Additive Manufacturing abzeichnet. Es wird konventionelle Fertigungstechnologien und Geschäftsmodelle radikal verändern.

Die voestalpine nutzt ihre Kompetenzen zur Weiterentwicklung des Additive Manufacturing und baut dafür weitere Forschungszentren und Anlagen auf. Hier arbeiten Spezialisten sowohl an der Verbesserung von Metallpulvern als auch am Design und an der Produktion von metallischen Bauteilen im 3D-Druckverfahren.

Additive Manufacturing Center in Düsseldorf

voestalpine Additive Manufacturing Center in Düsseldorf

Ein erster Versuch

Das Rad wurde im Forschungszentrum in Düsseldorf nicht neu erfunden, aber ein Radträger veranschaulicht als Prototyp die Möglichkeiten des Additive Manufacturing (AM): Für ein Elektro-Rennsportfahrzeug wurde ein neuer Achsschenkel entworfen und produziert, der mit beachtlichen Leistungssteigerungen aufwartet. Nicht nur, dass das neue Fahrzeugteil ein deutlich geringeres Gewicht hat – zusätzlich wurde seine Steifigkeit um mehr als 30 Prozent erhöht. Bei einer entsprechenden Skalierung auf PKW könnten sich dadurch unglaubliche Optimierungen für die Fahrzeugproduktion bieten – wenn die Technologie diesen Stand erreicht hat.

Da die AM-Verfahren noch verhältnismäßig jung sind und erst jetzt ihre Anwendung in der Industrie finden, sind noch viele Herausforderungen zu meistern. Der Konstrukteur muss beim Design grundlegend umdenken, um die Möglichkeiten der Verfahren in einem Bauteil auch nutzbringend umzusetzen. Dies spiegelt sich beispielsweise in der belastungsgerechten Konstruktion wider. Ähnlich wie bei einer Bienenwabe wird nur dort Struktur vorhanden sein müssen, wo auch wirklich Belastungen auftreten. Damit könnte viel teures Material eingespart werden.

Neue Konstruktionsformen für Werkzeuge

Additive Manufacturing trägt auch dazu bei, die Produktion zu steigern. Damit beispielsweise hochwertige Handy-Displays in einem kürzeren Takt hergestellt werden können, müssen die Werkzeuge, die sie pressen, besser gekühlt werden. Aufgabe der Konstrukteure ist es also, die Kühlkanäle so zu planen, dass sie in einem massiven Werkzeug die beste Kühlleistung bringen.

Anstatt diese Kanäle nachträglich herauszubohren oder zu fräsen, können sie durch AM von vornherein beim Aufbau des Werkzeugs ausgespart werden. Das reduziert das benötigte Material und eröffnet völlig neue Kühlvarianten – Conformal Cooling nennt sich diese Konstruktionsweise. Darüber wird bei der voestalpine intensiv nachgedacht, denn neben höchstwertigem Kunststoffformenstahl sind hochqualitative Werkzeugstähle ein Spezialgebiet des Unternehmens. Daher hat voestalpine ein auch für diese Anwendung optimiertes Metallpulver auf den Markt gebracht.

Schnelle Entwicklung für einen wachsenden Markt

Die feinen Metallpulver werden bei BÖHLER Edelstahl in Kapfenberg, Österreich und Uddeholm in Hagfors, Schweden entwickelt – für den Einsatz der Technologie bei externen Kunden ebenso wie für die voestalpine Additive Manufacturing Centers in Düsseldorf und Singapur. Seit 2017 werden unterschiedliche Varianten dieses unentbehrlichen Ausgangsmaterials für die neue Technologie des 3D-Drucks mit Metallen angeboten – durch eine AM-optimierte Pulverproduktion, die vor einem Jahr auf neuen Anlagen startete. Beide voestalpine-Gesellschaften profitieren dabei von ihren langjährigen Erfahrungen auf dem Gebiet der Produktion von Ausgangsmaterialien für Pulverstähle.

Während Additive Manufacturing auf die Serienproduktion zusteuert, wird über die weitere Entwicklung der Technologie nachgedacht. Bis 2023, so schätzen Beraterfirmen, könnten die Kosten des Verfahrens um ca. ein Drittel sinken. Dabei würde der Markteintritt von spezialisierten Pulverlieferanten einen Beitrag z. B. bei der Senkung der Kosten des Ausgangsmaterials leisten. Weitere Produktivitätssteigerungen könnten die wirtschaftliche Produktion selbst kleinerer Mengen (mehrere hunderte oder tausende Stück pro Jahr) zulassen. Aktuelle Marktuntersuchungen rechnen mit größeren Fertigungsräumen von fast einem Meter und simultanem Einsatz mehrerer Laserstrahlen. Bis 2020 könnte sich der Markt um das bis zu 7-Fache vergrößern. Die universell konfigurierbare, „werkzeuglose“ Additive Manufacturing-Maschine stellt Werkzeuge und Vorrichtungen schneller her als wir es bisher kennen und verringert gleichzeitig die benötigten Produktions- und Logistikflächen.

Wie geht es weiter?

Durch die bessere Kenntnis der Verfahren und die Umsetzung der neuen Möglichkeiten wird die Akzeptanz im Markt steigen. Hierbei sind Erfahrung, Wissen und Vertrauen sehr wichtig. Neben weiterer Forschungsarbeit auf dem Gebiet der Designoptimierung wird auch im Bereich der Optimierung von metallischen Pulvern hinsichtlich Eigenschaften und Herstellung weiter geforscht werden – eine der Kernkompetenzen der voestalpine.

Ein weiterer Entwicklungsweg könnte die Komposition von Stählen mit lagenweise veränderten Legierungen, sogar unterschiedlicher Basis (Stahl, Nickel etc.), sein. Die über das Direct Metal Deposition-Verfahren gefertigten Werkstoffe warten mit neuen Eigenschaftskombinationen und Mikrostrukturen auf. Erste erfolgreiche Versuche wurden bereits mit voestalpine-Stählen durchgeführt.

Mehr zum Schwerpunkt Technologie: https://www.voestalpine.com/focus