Gedruckte

Wirklichkeit.

Metalle und Kunststoffe, die ganz nach Kundenwunsch zu Produkten gefertigt werden – in individuellem Design und in einem einzigen digitalen Prozess. Das Thema „Additive Fertigung“ ist ein wichtiger Baustein der Innovationstrategie von thyssenkrupp „Erstmals ist es möglich, dass wir uns ganz auf die Konstruktion als solche fokussieren ohne die Grenzen der herkömmlichen Fertigungsverfahren berücksichtigen zu müssen – das schafft ganz neues Innovationspotenzial“, erklärt Dr. Reinhold Achatz, Technologiechef der thyssenkrupp AG. Die Einsatzmöglichkeiten unter anderem in den Bereichen Über- und Unterwasser auszuloten, hat sich ein Spezialisten-Team von Marine Systems in Zusammenarbeit mit den Kollegen des neuen TechCenter Additive Manufacturing (AM) der Corporate Function CO/TIS zur Aufgabe gemacht.

 

 

Der kanadische Yacht Designer Gregory C. Marshall hat große Pläne: „We are deep into the possibility that we could print an entire yacht using 3D additive printing”. Tatsächlich ist die additive Fertigung, besser bekannt als 3D-Drucken, auch bei thyssenkrupp Marine Systems angekommen. Der Weg, ganze Sektionsteile oder gar Boote zu drucken ist noch weit, die Anfänge und Grundlagen werden aber auch bei Marine Systems bereits heute gelegt.

3Dadvantages-de

Die Natur macht es vor

Die Einschränkungen durch herkömmliche Fertigungsverfahren scheinen durch die additiven aufgehoben zu sein, wenn ein Bauteil Schicht für Schicht innerhalb eines Bauraumes entsteht. Verfahren gibt es viele, das Prinzip ist identisch. Material wird nur dort verarbeitet, wo es theoretisch nach einer FEM-Berechnung benötigt wird. Oftmals entstehen so bionische Formen. Bei einem Ventilblock beispielsweise wird überlegt, wie das Medium optimaler Weise fließen sollte und baut darum eine Hülle. Diese wiederum wird „ausgedruckt“ und lässt die finale Geometrie entstehen.

Vorteile des 3D Drucks: Das Gewicht (-78%) und Volumen (-2/3) der Ventilblöcke verringern sich drastisch, bei gleichzeitigen Funktionsverbesserungen wie beispielsweise der Signaturen bei der Akustik.

Alles was schweißbar ist, ist theoretisch auch druckbar

Ob Kunststoff- oder Stahlteile, theoretisch kann mit dem geeigneten Verfahren jedes schweißbare Material additiv gefertigt werden, die Komplexität der Bauteile spielt so gut wie keine Rolle. Gemeinsam hat eine kleine funktionsübergreifende Gruppe aus Anwendungs-Experten, Einkäufern sowie AM spezifischen Methoden- und Werkstoffexperten erste Teile optimiert und fertigen lassen. Hierbei wurden spannende und zukunftsweisende Ergebnisse erzielt. Unter anderem konnte die Festigkeit von additiv produzierten Bauteilen aus Stahl sowie Polyamid auf dem Schocktisch bewiesen werden. Das Team profitiert von schneller Bauteilverfügbarkeit, hoher Vertraulichkeit und einfachem IP Schutz durch die konzerninterne Umsetzung auf den industriell anwendbaren 3D-Druckern für Stahl- und Kunststoffbauteile im konzerneigenen TechCenter AM in Mülheim an der Ruhr. So wurden unter anderem die topologisch optimierten Ventilblöcke in Mülheim mit umgesetzt. „Wir haben 78% Gewicht eingespart und weitere Vorteile zum Beispiel bei der Akustik erzielt“, so Flemming Kock aus dem Procurement Engineering der thyssenkrupp Marine Systems.

 

Enge Kooperation mit dem TechCenter AM als auch der BA Materials Services

Stefan Lengowski aus dem Engineering-Bereich von thyssenkrupp Marine Systems befasst sich seit über zehn Jahren mit dieser Technik. „Das ganze macht nur Sinn, wenn wir die additiv gefertigten Bauteile als Funktionsteile auch an Bord verbauen können. Hierzu erarbeiten wir gerade den Qualifizierungs- und Zertifizierungsprozess zusammen mit dem TechCenter AM und externen Klassifizierungsgesellschaften und wollen diesen spätestens im zweiten Quartal 2018 abgeschlossen haben und damit als Prozess in unserer Daten-Architektur als festen Bestandteil implementiert wissen.“

„Wir haben bereits auf unseren Booten unkritische und nicht sicherheitsrelevante Teile durch additiv gefertigte Bauteile ersetzt. Bei Teilen aus Polyamid konnten wir hier bereits bei über 30 Bauteilen einen um bis zu 85% günstigeren Preis im Vergleich zu gefrästen Teilen bei identischer Qualität erzielen. Auch im Stahlsektor haben wir bei Bauteilen ähnliche Tendenzen bei unterschiedlichen Verfahren und Bauteilgrößen feststellen können“, so Lengowski weiter. Die Reduktion der Bauunterlage wurde hierbei noch nicht einmal bewertet, da die Ansteuerung der Maschine im Neutralformat direkt aus dem 3D-CAD System erfolgt. Eine Zeichnung wird nicht benötigt.

 

Das 3D Team: (von links) Flemming Kock, Christoph Klein, Rolf Bergunde und Stefan Lengowski.

Design & Process & Material Know-How als auch 3D-Druck Kapazitäten für Kunststoff und Metall im thyssenkrupp Tech Center Additive Manufacturing in Mülheim an der Ruhr.

In einem konzernweiten Netzwerk werden aktuelle Informationen über neue Applikationen, Entwicklungstools und Werkstoffe ausgetauscht. Häufig nicht bekannt, ist die mehrjährige AM Materialexpertise der Business Area Materials Services. Gemeinsam mit großen Anlagenherstellern werden aktuell auch neue Werkstoffe für industrielle Anwendungen qualifiziert und Monitoring-Systeme zur Qualitätssicherung verfolgt.


Fazit: „Wir sind überzeugt, dass mittelfristig die additive Fertigung die Ersatzteilbeschaffung als auch große Bereiche der konventionellen Fertigungsprozesse, als auch den Konstruktionsprozess revolutionieren wird“, sagt Stefan Lengowski.