Sandform-Druck

Die Herstellung von gedruckten Sandformen wird schon heute in weiten Teilen der Gießereiindustrie angewendet. Um die Realisierbarkeit einer solchen generativ hergestellten Form im Werkzeuggussbereich zu erproben, sollte ein Gussteil mit mittleren Abmessungen mittels dieses Verfahrens gefertigt werden.

Zunächst galt es, ein Bauteil dafür auszuwählen. Nach reiflicher Überlegung wurde ein Ziehstempel mit einem Gewicht von ca. 1.000 kg und Abmessungen von 1.800 mm x 500 mm x 540 mm ausgewählt. Da dieser Stempel als rechtes und als linkes Bauteil benötigt wurde, bot es sich an, eine Seite als Vollformabguss und die andere Seite mit einer gedruckten Form herzustellen. So bestand die Möglichkeit, dass man die Abgüsse direkt miteinander vergleichen konnte.

Weiterhin musste ein Dienstleister gefunden werden, der Sandformen in entsprechender Größe herstellen konnte – die Firma Voxeljet. Voxeljet ist ein Hersteller von 3D-Drucksystemen, mit denen sich Sandformen von bis zu 4.000 mm x 2.000 mm x 1.000 mm produzieren lassen. Die Anfertigung von Formen wird aber auch als Dienstleistung angeboten.

Der Ablauf bei der Herstellung war folgender:
Unser Kunde lieferte die 3D-Daten des Bauteiles wie üblich. Für den 3D-Druck der Formen mussten an dem Datenmodell jedoch einige zusätzliche Arbeiten durchgeführt werden, um es drucken zu können. Das Modell musste so aufbereitet werden, dass es ein Abbild des späteren Abgusses ergab. So mussten z. B. alle Radien in das Modell einkonstruiert werden.

Bei der Herstellung der EPS- Modelle werden die Verrundungen der Ecken durch den Radius des Fräsers gebildet, beim Drucken müssen diese aber alle im Datenmodell vorgesehen werden. Die Konstruktion und die Herstellung der Sandform wurde bei der Firma Voxeljet durchgeführt. Die Ausführung wurde mit Römheld & Moelle abgestimmt und damit für die Fertigung optimiert.

Nach dem Druck der Formen wurden diese in der Formerei bearbeitet, das bedeutet, sie wurden geschlichtet, zusammengebaut und in einen Formkasten eingeformt. Bei einem Bauteil mit einem Gewicht von ca. 1.000 kg ist es notwendig, dieses in einen Formkasten einzubetten um die Gießkräfte aufzunehmen. Nach dem Abgießen, Abkühlen und Entformen wurde der Stempel in die Guss-Putzerei gebracht. Parallel wurde das Gegenstück im Vollformverfahren hergestellt. In der Guss-Putzerei konnten die Bauteile direkt gegenübergestellt werden.

Die Oberfläche des mit gedruckten Formen hergestellten Stempels zeigte eine deutlich feinere Struktur als die des im Vollformverfahren hergestellten. Dieser Unterschied der Oberflächen ergibt sich dadurch, dass beim Vollformverfahren die Oberflächenstruktur durch die Oberfläche des EPS Modell gebildet wird. Werden hier beim Fräsen einzelne EPS-Kugeln herausgerissen, ergeben sich im Modell Kavitäten die später sichtbar sind. Eine optische Vermessung der beiden Stempel ergab keine großen Abweichungen hinsichtlich eines Verzuges der Bauteile.

Eine abschließende Bewertung der Herstellung ergab, dass die Durchlaufzeit des mit gedruckter Sandform hergestellten Stempels deutlich länger war, als die des im Vollformverfahren hergestellten. Der Grund dafür ist die externe Herstellung und das Herstellverfahren der Sandformen. Die Herstellung dieser dauerte ca. 15 Werktage, während für den Bau des EPS-Modells nur 3 Werktage benötigt wurden.

Die Herstellung von Werkzeuggussteilen mit gedruckten Sandformen ist durchaus realisierbar. Bei der Größe der Bauteile gibt es aber durch die begrenzte Größe der Sanddrucker eine Limitierung. Die Herstellung kann bei einer gewünscht hohen Oberflächengüte durchaus sinnvoll sein.

Im Nachgang zu diesem Projekt wurden einige weitere kleinere Bauteile mit diesem Verfahren hergestellt.

Kerstin Roenspieß
Assistenz Geschäftsführung . Executive Assistant

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