Praxistest für die Lufthansa Technik

Was kann der 3D-Druck wirklich?

Um das Potential für höhere Geschwindigkeiten und Flexibilität sowie für niedrigere Betriebskosten eines 3D-Drucker unabhängig von Herstellerangaben zu prüfen, hat das Unternehmen Kegelmann Praxistests anhand von Bauteilen für den Kunden Lufthansa Technik durchgeführt.

Lufthansa Technik Ersatzteil Waschbeckensieb (Bild: Lufthansa Technik, Klaus Bräutigam)

der letzten dreißig Jahre habe ich schon viele 3D-Druck-Technologien gesehen, in einige davon hatten auch wir investiert. Nur diejenigen, die den Kundennutzen im Fokus hatten und nicht in die eigene Technologie verliebt waren, haben allerdings den test of time bestanden“, gibt Geschäftsführer Stephan Kegelmann seine Erfahrungen wider.

Ein Blick auf die Daten zeige, dass der Bauraum mit 380 x 284 x 380 Millimeter um etwa 70 Prozent kleiner sei ist als der der großen SLS-Maschinen bei Kegelmann Technik von 3D-Systems. Die Baugeschwindigkeit soll laut Prospekt etwa 50 Prozent höher sein. Bestechend ist der – angegebene – Wert von 1200 dpi für die Auflösung in der xy‑Ebene. In z‑Richtung ist die Auflösung allerdings nur geringfügig besser. Interessant ist das geschlossene Drucksystem mit einem automatisierten Pulvermanagement, das mit 80 Prozent eine hohe Recyclingquote des Pulvers erlaube. Das verspricht weniger Abfall und damit auch Kostenvorteile. Das Fast Cooling System soll die Abkühldauer nach dem 3D-Druck kurz halten.

„Wir wollten es genau wissen und die Maschine unabhängig von den Prospektangaben einfach auch mal praxisbezogen auf den Prüfstand stellen, erklärt Stephan Kegelmann das Vorgehen. Für den Test wurde ein weltweit häufig und gleichzeitig oft unvorhersehbar benötigtes Ersatzteil für Verkehrsflugzeuge gewählt – ein Waschbeckensieb aus Metall. Dieses wird heute entweder aufwändig gereinigt oder gleich ersetzt. Es entstand die Idee, die technischen und betriebswirtschaftlichen Potentiale dieses Bauteils im industriellen 3D-Drucks zu prüfen. Der geometrisch und technisch optimierte Filter ist mit konventionellen Verfahren kaum zu produzieren. Außerdem trage das neue Fertigungsverfahren zu einer deutlichen Stückkostenreduzierung bei. Dass das Re-Design außerdem das Gewicht und etwa 60 Prozent senke, sei ein schöner Nebeneffekt.

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Für den Praxistest wurden 72 Waschbeckensiebe in einer Ebene gedruckt, einmal mit dem Multi Jet Fusion, zum direkten Vergleich mit einer 3D-Systems Pro 140. Laut Kegelmann hat der HP-Drucker im direkten Vergleich etwa ein Drittel der Zeit für Bau und Abkühlphase gegenüber dem Pro 140 benötigt. Bei hoher Packungsdichte und einem doch recht filigranen Bauteil wie dem Waschbeckensieb zeige sich der Geschwindigkeitsvorteil eines „zeilenweisen“ 3D-Drucks gegenüber dem Lasersintern. Wermutstropfen sind die nahezu doppelt so hohen Materialkosten, die die wirtschaftlichen Vorteile der Zeitersparnis reduzieren. Dennoch liege der Kostenvergleich pro Bauteil bei nahezu 40 Prozent.

„Ich möchte jedoch betonen, dass dies ein pragmatischer Vergleich ohne jeden wissenschaftlichen Anspruch auf Basis eines speziellen Einzelfalls ist. Zudem war dieses Projekt bewusst gewählt und insofern ideal für HP, als es genau den Vorteil der höheren Auflösung und der höheren Packungsdichte nutzen konnte“, stellt Stephan Kegelmann fest.

Multi Jet Fusion nutzt wie die SLS-Technik PA-Pulver als Druckmaterial. Auch wird das Pulverbett wie bei SLS zu Anfang gleichmäßig aufgeheizt. Statt eines Lasers wird jedoch mit einer Auflösung von 1200 dpi ein Schmelzmittel (Agent) dort in das Pulvermaterial eingespritzt, wo Pulverkörnchen selektiv miteinander verschmolzen werden sollen. Gleichzeitig wird um die zu druckenden Konturen herum, genau da, wo der Schmelzprozess gestoppt werden soll, ein weiterer Agent gespritzt. Wärmelampen setzen den Schmelzprozess in Gang und die nächste Schicht kann gedruckt werden. Egal wie groß die Bauteilquerschnitte pro Schicht sind, der Druck einer Schicht dauert immer gleich lang. Ein Laser braucht für komplexe Bauteile länger, da er die Konturen bei jeder Schicht abfahren muss.

Erkenntnis aus diesem Praxisvergleich ist, dass beide Systeme ihre Vor- und Nachteile haben. Es kommt vor allem auf Wanddicken und Detaillierungsgrad der Bauteile an. Bei eher dickwandigen und großen Bauteilen hat die SLS-Lasersinter-Technologie systembedingt Vorteile.

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