Niedersachsen ADDITIV

Die Idee-Al-Metall GmbH aus der Nähe von Hildesheim ist eine Aluminium-Sandgießerei, die sich auf präzise Gussstücke in Einzelanfertigung sowie kleinen bis mittleren Serien spezialisiert hat. An zwei Standorten bietet das Unternehmen Handformguss, Maschinenformguss und Kokillenguss sowie CNC-Bearbeitung von Aluminiumwerkstoffen an.

Die Idee

Bei der Herstellung von Gussprototypen und Kleinserien stehen Gießereien vor einer großen Herausforderung: Die individuellen Werkzeuge für die konventionelle Gussteilherstellung sind verhältnismäßig teuer. Eine Sandform und die dazugehörige Kokille, eine wiederverwendbare Form, können schnell einen mittleren fünfstelligen Betrag kosten. Die Idee-Al-Metall (IAM)-Metallgießerei suchte daher nach einer Lösung, um ihren Kunden eine kostengünstige Alternative anbieten zu können. Der Ansatz: Verlorene Formen (Lost-Forms) mittels 3D-Druck herstellen, die beim Gießprozess durch das flüssige Aluminium verdampfen.

Die Umsetzung

Als Testgeometrie wählte das Team von Niedersachsen ADDITIV gemeinsam mit der IAM-Metallgießerei eine Tasse aus. Diese vereint mehrere Herausforderungen: dünnwandige, großflächige Bereiche in Wandung und Boden sowie einen feingliedrigen Henkel.

Für die Fertigung der verlorenen Form kam das bekannte, kostengünstige Fused Deposition Modeling-Verfahren (FDM) zum Einsatz. Für die ersten Versuche verwendeten die Experten von Niedersachsen ADDITIV den Kunststoff PLA, welcher sich leicht verarbeiten lässt und bei etwa 80 °C schmilzt. Um die zu schmelzende Materialmenge möglichst gering zu halten, legten sie in einem sogenannten Slicing-Programm die Druckeinstellungen für die Tassenform so fest, dass jede Außenkontur nur aus einer Wandschicht und das Innere aus minimaler Füllung bestand.

Mit einem Simulationsprogramm für Gießereitechnik ergänzte die IAM-Metallgießerei das digitale Druckmodell um Angusskanäle. Der erste Gussversuch zeigte jedoch: Das PLA verdampfte unzureichend. Die verlorene Form löste sich nicht vollständig auf.

Im nächsten Versuch verwendeten die Experten von Niedersachsen ADDITIV das Material „PLA Aero“. Der Kunststoff verfügt über ein Schaummittel als Zusatz. Durch die Düsentemperatur des 3D-Druckers schäumt das Material auf und spart etwa die Hälfte der Masse ein. Zusätzlich verlegte das Team den Anguss vom Henkel auf den Tassenboden. So konnte der Angussquerschnitt vergrößert und die verlorene Form schneller verdampfen.

Ergebnisse

Die Tests mit PLA Aero verliefen erfolgreich: das eingegossene Aluminium verdampfte das Material zum einen vollständig, zum anderen füllte es den entstandenen Hohlraum aus. Die Methode ermöglicht es somit, verlorene Formen kostengünstig und schnell für Gussprototypen und Kleinserien herzustellen.

Wesentlich für das Aufschmelzen der verlorenen Form war eine dünnwandig geslictes Druckmodell mit weniger als 10 % Füllung zwischen den Außenwänden. Bereits ein einfacher FDM-3D-Drucker im unteren vierstelligen Bereich genügt, um solch eine Form umzusetzen.

Ausblick

Die Idee-Al-Metall GmbH plant, 3D-gedruckte verlorene Formen in ihre Produktion zu integrieren. Damit kann das Unternehmen seinen Kunden eine deutlich kostengünstigere Alternative für Prototypen und Kleinserien anbieten – ohne die hohe Investition in konventionelle Werkzeuge.

Weitere visuelle Eindrücke bekommen Sie in unserem Praxis-Check-Video.