Ohne Stützstrukturen

Bionische Konstruktionen, komplexe Strukturen und geringe Losgrößen: um diesen Herausforderungen der modernen Fertigung in der Metallindustrie zu begegnen, entwickelte HS Automation in Zusammenarbeit mit Kuka eine Roboterlösung für den 3D-Metalldruck. Der 3D-Drucker schweißt Schichten mit einer sehr geringen Wandstärke von 2mm. Die Fertigung aus vollem Material ist ebenfalls möglich. Das fertige Werkstück muss nicht oder nur wenig nachbearbeitet werden. Die Anlagenentwickler erreichen mit der Zusammenarbeit weniger Materialabfall und geringe Herstellungskosten bei fast unbegrenzten Gestaltungsmöglichkeiten.

Additive Fertigung mit Kuka-Roboter

Der 3D-Metalldrucker von HS Automation kombiniert Roboter aus der KR-Iontec-Familie mit einem Drehkipptisch, der sich synchron zum Roboterarm entsprechend der Werkstückvorgaben bewegt. Sechs Schweißlaser am Ende des Druckkopfes von Meltio schmelzen den zugeführten Draht präzise auf das Trägermaterial bzw. das entstehende Werkstück. Schicht für Schicht wächst so das vorab designte 3D-Objekt.

Der Drehkipptisch, der ebenfalls von Kuka entwickelt wurde, positioniert das Werkstück so, dass der Druckkopf immer an der richtigen Stelle neues Material aufschweißen kann. Stützstrukturen, wie sie beim herkömmlichen 3D-Druck üblich sind, werden so obsolet.

Präzision ohne aufwendige Nachbearbeitung oder hohe Materialkosten

Der Einsatz des absolut vermessenen Roboters garantiert die Genauigkeit, die die Metalldruckanwendung von der bestehenden Konkurrenz unterscheidet. „Mit der Roboterlösung erweitern wir die Möglichkeiten der Fertigung“, so Rolf Steidinger, Geschäftsführer sowie kaufmännischer Leiter von HS Automation, zum Potenzial des 3D-Metalldruckers: „Sobald ein Teil nicht konventionell gefertigt werden kann, ist der Einsatz dieses Geräts unumgänglich.“ Das Verfahren löst z.B. Ersatzteilprobleme, da nicht mehr verfügbare Bauteile selbst produziert werden können.

Bei konventionell fertigbaren Teilen überzeugt das Verfahren durch reduzierte Kosten und viermal höhere Produktivität. Das Laserauftragsschweißen verringert sowohl den Materialaufwand als auch die Nachbearbeitungszeit im Vergleich zum Fräsen oder Drehen aus einem kompletten Metallblock. Das Einsparungspotenzial liegt hier bei bis zu 98 Prozent des Materials. Diese Stärken bewähren sich vor allem im Werkzeugbau, im Sonderanlagenbau oder in der Fertigung von Prototypen. Herstellung, Test und Anpassung von strömungsoptimierten Bauteilen z.B. von Windkraftanlagen werden so beschleunigt.

Nachhaltig und anpassungsfähig

Die Präzision des robotergeführten Laserauftragsschweißens hebt die bekannte Anwendung des Metalldrucks auf ein neues Level. Das Robotersystem ist z.B. in der Lage, doppelwandige Objekte wie Bauteile mit innenliegenden Kühlungskanälen zu fertigen. Der mit sechs 200W-Lasern ausgestattete Druckkopf verarbeitet neben dem Einzelmaterialdruck auch zwei unterschiedliche Metallmaterialien in einem Druckteil.

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