O+P Fluidtechnik 9/2017

3D-DRUCK PRODUKTE UND

3D-DRUCK PRODUKTE UND ANWENDUNGEN TITEL 3D-DRUCK IN DER HYDRAULIK – FERTIGUNGSVERFAHREN MIT POTENZIAL 01 02 03 Zu den Bereichen mit der größten Beachtung in der aktuellen industriellen Entwicklung gehört, neben Industrie 4.0, das additive Fertigen. Auch Metall kann „3D-gedruckt“ werden. Mittels Direct Metal Printing (DMP) können Prototypen und Kleinserien gefertigt werden. Eine Technologie mit Potenzial – auch für die Hydraulik. Durch die rasante Entwicklung bei den 3D- Druckern haben sich sowohl die Kostenstruktur als auch die Fertigungszeiten rapide verbessert. Die kostenneutrale Druck-Herstellung von Kleinserien oder Einzelteilen hat sich in vielen Branchen bereits als richtiger Weg herausgestellt. Im Bereich der hydraulischen Bauteile gibt es aufgrund der hohen Anforderungen an das Material sowie der häufig verhältnismäßig großen Bauteile noch wenig Berührungspunkte mit DMP. VORTEILE IM LEICHTBAU In einer Machbarkeitsstudie sowie engen Kontakten zu Hochschuleinrichtungen mit entsprechender Erfahrung, hat Tries bereits vor einigen Jahren begonnen, die Grenzen des DMP in der hydraulischen Steuerblockfertigung auszuloten. Die sich ergebenden Vorteile für die Strömungsverhältnisse und das Leistungsgewicht liegen dabei auf der Hand. Vor allem in der Mobil- als auch Luft- und Raumfahrthydraulik spielt Gewichtsreduzierung eine entscheidende Rolle. POINTIERT DIRECT METAL PRINTING BRINGT VORTEILE FÜR HYDRAULIK WENIGER GEWICHT, HÖHERER DURCHFLUSS ALLERDINGS NACHTEILE IN DER NACHBEARBEITUNG LÖSUNG FÜR KLEINSERIEN UND EINZELTEILE 14 O+P Fluidtechnik 9/2017

3D-DRUCK Die Anstrengungen der Hersteller entsprechende Achslasten zu unterschreiten oder durch verringertes Gewicht eine höhere Zuladung zu erreichen, kann das 3D-Druck-Verfahren entscheidend und positiv beeinflussen. Schon die Entwicklung additiv gefertigter Bauteile stellt eine gewisse Umgewöhnung zum herkömmlichen konstruieren hydraulischer Bauteile dar. Die nahezu grenzenlosen Möglichkeiten, Ventile in einem Steuerblock ideal zu verknüpfen und zusätzlich Stützstrukturen sinnvoll einzubeziehen, stellen die Ingenieure vor Herausforderungen. Auch die eigentliche Position im Drucker muss beachtet werden, um zum einen möglichst viel Bauteile gleichzeitig fertigen zu können und zum anderen, möglichst wenig zusätzliche Strukturen anzubringen. Neben den Kosten gibt es noch einige andere zu lösende Aufgaben beim DMP. Der Nacharbeitsaufwand von gedruckten Bauteilen ist noch relativ hoch. Passungen, Dichtflächen oder Gewinde müssen noch entsprechenden Feinschliff erhalten. Stützstrukturen müssen entfernt werden und aufgrund der auftretenden Eigenspannungen ist ein thermisches Nachbearbeiten empfehlenswert. Doch auch an diesen Punkten ist die Entwicklung bei Herstellern und Anbietern entsprechend rasant. PILOTPROJEKT VERDEUTLICHT POTENZIAL In einem Pilotprojekt hat die Firma Tries einen bestehenden Steuerblock additiv gefertigt (siehe Bilder). In einigen Entwicklungsschritten konnte das Gewicht dieses Aluminium blocks um 40 % reduziert werden und gleichzeitig der maximale Ölvolumendurchfluss um 20 % erhöht werden. Besonders hervorzuheben ist hierbei, dass auch die Dauerfestigkeit des additiv gefertigten Aluminium-Steuerblocks keine negative Änderung erfahren hat. Beide Varianten kommen dauerhaft mit einem Arbeitsdruck von bis zu 250 bar zurecht (Kennlinie1 in Bild 04). Mittlerweile sind einige Kleinserien und Entwicklungsprojekte mit ähnlichen positiven Werten hinzugekommen. So konnten etwaige Kinderkrankheiten beseitigt und entsprechende Qualitätsanforderungen bestätigt werden. Der DMP-Steuerblock kommt mit 250 bar Arbeitsdruck zurecht, kann jedoch mit erhöhtem Volumenstrom punkten Druck in bar 50,000 45,000 40,000 35,000 30,000 25,000 20,000 15,000 10,000 5,000 0,000 0,000 5,000 10,000 15,000 Menge in l/min 20,000 25,000 A -->B 938.028A B -->A 938.028A 30,000 A -->B SK160608 3D Druck B -->A SK160608 3D Druck 35,000 40,000 (Ausschnitt: 0–35,2 Sekunden) 45,000 04 Der DMP-Steuerblock kommt mit 250 bar Arbeitsdruck zurecht, kann jedoch mit erhöhtem Volumenstrom punkten 50,000 Die Zukunft dieses Fertigungsverfahrens steht und fällt vor allem mit der Kostensituation. Je schneller die Druckzeiten werden und je mehr Funktionalität in den Steuerblock eingearbeitet werden kann, je eher ergeben sich finanzielle Vorteile. Langfristig muss es das Ziel sein, einen einbaufertigen hydraulischen Steuerblock zu generieren. Doch hier haben Entwicklungspartner und Hersteller noch einige Aufgaben zu lösen, welche jedoch beim rasanten Fortschritt in nicht allzu ferner Zukunft erreicht werden können. www.tries.de 04 01 Der additiv gefertigte Steuerblock hat 15 % weniger Volumen und ist 45 % leichter als der konventionelle Block (rechts im Bild) 02 + 03 Passungen, Dichtflächen oder Gewinde müssen in der Nachbearbeitung noch entsprechenden Feinschliff erhalten DIE AKTUELL SEHR HOHEN KOSTEN FÜR EIN 3D- GEDRUCKTEN HYDRAULIKBLOCK WERDEN DURCH SCHNELLERER PROZESSE UND GÜNSTIGERES PULVER ZUKÜNFTIG WEITER SINKEN. DURCH DIE BEI HYDRAULIKKOMPONENTEN BENÖTIGTEN OBER- FLÄCHENQUALITÄTEN SOWIE ENGEN TOLERANZEN IST AKTUELL EIN HOHER NACHBEARBEITUNGSAUFWAND NÖTIG. HIER GILT ES, METHODEN UND PROZESSE ZU ENTWICKELN, WELCHE ES UNS ERMÖGLICHEN, DIE- SEN AUFWAND ZU MINIMIEREN. ZIEL MUSS ES SEIN, EINEN STEUERBLOCK DIREKT AUS DEM DRUCKER MIT VENTILEN BESTÜCKEN ZU KÖNNEN. DIESE HERAUS- FORDERUNGEN LASSEN SICH NICHT IN KURZER ZEIT LÖSEN. HIER SOLLTEN FIRMEN UND HOCHSCHULEN GEMEINSAM IN FORSCHUNG INVESTIEREN. Christoph Hinz, stellv. Konstruktionsleiter bei Tries O+P Fluidtechnik 9/2017 15