Prozesssicherheit und Reproduzierbarkeit

In unterschiedlichen Disziplinen wird an technischen und prozessualen Lösungen geforscht, um einen weiteren Entwicklungssprung in der additiven Fertigung zu ermöglichen. Untersuchungen zeigen, dass Bauteil- und Materialfehler vor allem durch Maschinen, Materialien und fehlerhafte Prozesse verursacht werden.
Neben geometrischen Abweichungen wurden unzureichende Oberflächenqualitäten, Anbindungsfehler und Porosität als Probleme identifiziert. Typische Fehler sind auch Prozessunterbrechungen, die zu Ausschuss führen. Vor diesem Hintergrund hat DMG Mori die Baureihe Lasertec 30 SLM überarbeitet und diesen Entwicklungssprung bewusst mit dem namensgebenden Attribut „3. Generation“ gelabelt.
Das Wichtigste für industrielle Fertiger: Die 3. Generation sichert erstmals die Maschinenvergleichbarkeit. „Grundlage sind technische Neuerungen, die auf den Erfahrungen im Werkzeugmaschinenbau basieren und mit denen DMG Mori eine bisher unerreichte Prozessstabilität sichert“, betont Jan Riewenherm, Head of Technical Sales & Marketing bei der DMG Mori Additive GmbH.
Das ist vor allem für Unternehmen interessant, die bislang mit schwankenden Bauteilqualitäten in der Serienproduktion zu kämpfen haben. Mit der 3. Generation der Lasertec erhalten all jene Branchen jetzt eine technische Lösung, die höchste Ansprüche an Bauteilqualitäten haben. 
Bereits vor Jahren wurde der additiven Fertigung ein immenses Wachstum vorausgesagt. Bis heute sind diese Probleme der Grund dafür, dass die Zahl der Applikationen im Markt deutlich hinter den Prognosen zurückbleibt. In den ersten beiden Generationen hat sich DMG Mori auf die optimale Prozessauslegung beim Laserschmelzen konzentriert. Bei der Entwicklung der 3. Generation fokussierten sich die Ingenieure des Werkzeugmaschinenherstellers ganz auf die Erfahrungen aus der jahrzehntelangen Entwicklung von Dreh- und Fräsmaschinen.
Das Ziel: Vergleichbarkeit von Bauteilen. Immer noch haben industrielle Fertiger das Problem, dass selbst Bauteile aus baugleichen Maschinen unterschiedliche Qualitäten aufweisen können – die Bauteilqualitäten sind zwar annähernd gleich, aber nicht identisch.

Diese Faktoren machten das Laserschmelzen zum Beispiel für global agierende Unternehmen mit mehreren Fertigungsstandorten bisher wirtschaftlich eher unattraktiv – trotz aller anderen Vorteile der additiven Fertigung.
Die 3. Generation der Lasertec löst eine Vielzahl dieser Probleme und senkt die Einstiegshürden – Anwender aller Branchen können jetzt die additive Fertigung in Klein- oder Großserien für sich nutzen.
Wichtigste Basis: ein neues Fundament. Die 3. Generation ist mit einem Gussrahmen und so genannter Floating Process Chamber konzipiert. Dabei ist die Erfahrung aus dem Dreh- und Fräsmaschinenbau eingeflossen.
Der Prozessraum ist im Gussrahmen schwimmend gelagert und kann sich bei Temperaturschwankungen frei ausdehnen. Das Ergebnis: Thermisch bedingter Verzug wird minimiert. Gussrahmen und Floating Process Chamber sind zentrale Elemente für einen fest definierten Maschinenzustand.
Ob beim montäglichen Kaltstart der Maschine oder vorgewärmt: Die Bauteilqualitäten sind in der Serienfertigung nun identisch. Die Optikmodule der Generation sind fest auf dem Gussrahmen montiert. Eine präzise Kalibrierung des Beschichters mittels Referenzfläche gewährleistet den konstanten Abstand zwischen Optik und Pulverbett, zusätzlich unterstützt durch eine aktive Temperaturkompensation der Positionierung in der Z-Achse. Das Ergebnis: Abstandsänderungen zwischen Optik und Pulverbett werden vermieden, was ebenfalls reproduzierbare Bauteilqualitäten sicherstellt.
Konstante Bauteilqualitäten und Pulverqualität korrelieren. Es gilt deshalb Oxidation, Querkontamination zwischen unterschiedlichen Werkstoffen und Feuchtigkeitseintrag zu vermeiden. Vor diesem Hintergrund hat DMG Mori das „rePLUG“-System entwickelt, das sich bereits bei den Vorgängermaschinen bewährt hat.
Das Modul arbeitet in einem geschlossenen Kreislauf unter Inertgasatmosphäre und reduziert die Risiken auf ein Minimum. Nicht aufgeschmolzenes Pulver wird automatisch abgesiebt und wiederverwendet. Sollen verschiedene Bauteile aus unterschiedlichen Werkstoffen gefertigt werden, ist dies durch den Wechsel des Pulvermoduls einfach und schnell möglich.
Der Austausch des gesamten Pulvermanagementmoduls reduziert den Reinigungsaufwand auf wenige Komponenten. Durch den geschlossenen Pulverkreislauf ergibt sich für den Bediener die größtmögliche Arbeitssicherheit, da der direkte Kontakt mit dem Pulver auf das Minimum reduziert wird.
Im Hinblick auf möglichst kurze Rüstzeiten verfügt die 3. Generation über einen austauschbaren Baucontainer. Er garantiert den zügigen Wechsel zwischen fertigem Baujob und neuem Auftrag bei vollem Erhalt des Inertgas-Niveaus, sowohl in der Prozesskammer als auch im Baucontainer selbst. Alle Faktoren fördern die Arbeitssicherheit und Produktivität gleichermaßen.
„Mit der Lasertec 30 SLM 3. Generation ist nicht nur die Maschinenvergleichbarkeit, sondern auch die Prozessstabilität gegeben“, betont Riewenherm. Unternehmen profitieren bei der additiven Fertigung von der Gestaltungsfreiheit, die die Technologie – etwa über die Funktionsintegration – mit sich bringt. Hinzu kommen Chancen zur Volumenreduktion beziehungsweise Strukturoptimierung.
Konstante Bauteilqualitäten machen das Fertigungsverfahren auch für Unternehmen mit größeren Losen interessant. Neue Anwender profitieren von einem erleichterten Einstieg in die Technologie.

Video: DMG Mori LASERTEC 30 SLM 3