3D Drucken eines »Lost Form – Bauteils«, Bauschichtung 0,08 mm, 600 dpi

Basisdaten:

• Maximale Bauteilgröße:
  500 x 400 x 300mm (LxBxH)
• Maßgenauigkeiten: Toleranzklasse A3 lt. VDG-Merkblatt P690 erreichbar - abhängig vom Verfahren für die Ausschmelzmodelle.

Vakuum Differenzdruck Verfahren

Für die Herstellung von Metall-Prototypen in druckgussähnlicher Qualität eignet sich besonders das VDD-Verfahren. Der Prozess läuft rechnergesteuert in einer Anlage ab, wobei die Prototypen ähnlich wie beim Feingießen in keramische »Küvetten« gegossen werden. Das Verfahren macht die Fertigung gegossener Prototypen innerhalb weniger Tage möglich und dient insbesondere der Herstellung von Funktions- und Designprototypen.

Das Vakuum Differenzdruck Verfahren (VDD-Verfahren) ist dem Feingießen und dem Gipsformverfahren zuzuordnen. Es eignet sich hervorragend für Einzel- und Kleinserienfertigung.

Arbeitsschritte und Funktionsweisen im Vakuum Differenzdruck Verfahren

• Modellerstellung / Ausschmelzmodelle / 3D-Druckmodell
• Formenbau
• Wachsteileguss
• Wachsbaumbau
• Keramik herstellen und brennen
• Metallguss
• Nacharbeit
• Mechanische Nachbearbeitung
• geg. Oberflächenbearbeitung

Das Vakuum Differenzdruck Verfahren im Detail:

Modellerstellung

Wurden bisher die verlorenen Modelle (man spricht auch von „Lost Form-Bauteilen“) meist als Wachsteile aus Silikon- oder Hartformen hergestellt, konnte dieser aufwändige Weg durch die Entwicklung modernster 3D Drucktechnik erheblich vereinfacht werden. Heute fertigt 1zu1 Prototypen nur noch in wenigen Ausnahmefällen (aufgrund z.B. höchster Anforderung an sehr glatte Oberflächenqualität oder bei Stückzahlen > 100) Wachsteile nach der „alten“ Art.

Der neue Weg ist es, für jedes benötigte Metallgussteil, nach Skalierung des Datensatzes mit dem Metallguss-Schwund, ein verlorenes Modell zu drucken. Das Resultat ist eine gleich bleibende Präzision über alle benötigten Bauteile mit höchster Genauigkeitsstufe (A3) im folgenden Metallguss. Diese Modelle werden direkt an den Wachsbaum „angelötet“.

Eine Besonderheit stellt die 3D-Drucktechnologie hinsichtlich Qualität dar. Mit Hilfe spezieller Maschinen wird es möglich, Toleranzen nach VDG P690 A3 zu unterschreiten! Den im Druckguss üblichen Toleranzen kommen wir damit schon sehr nahe.

Die 3D Drucktechnik ist hoch effizient und sehr schnell. Die verlorenen Wachsbaum Modelle sind nach 24 Stunden für das Einbetten in Keramik verfügbar. Und – durch hohe Wirtschaftlichkeit rentiert sich das Verfahren, beginnend bei Stückzahl 1 bis hinauf zu ca. 100 Teilen.

Wachsbaum

Wachsbaumbau

Die Wachsteile werden zu einem Wachsbaum (auch Gießtraube genannt) zusammengefasst. Der Wachsbaum besteht aus Angusskugel, Lauf, Anschnitten und Wachsteil(en). Es erfolgt ein Positionieren des Wachsbaumes in der Küvette.

Keramik herstellen und brennen

Es beginnt der Prozess vom Umgießen des Wachsbaumes mit Einbettmasse. Die Küvette wird unter Vakuum blasenfrei mit der fertigen Einbettmasse aufgefüllt. Einrühr-, Misch- und Entgasungsprozesse erfolgen automatisch. Es folgt das Ausschmelzen des Wachses und das Brennen der Einbettmasse. Der Brennvorgang dauert zwischen 20 und 24 Stunden.

Druckverlauf im VDD Verfahren

Metallgussteil roh

Metallguss

Am Beginn steht das Anflanschen der Küvette an den Induktionsofen, in dem das Metall geschmolzen wird. Der ganze Gießprozess verläuft unter Vakuum vollautomatisch ab. In einem Grafittiegel wird das Metall unter Vakuum (bei vakuumempfindlichen Teilen unter Schutzgas) aufgeschmolzen und exakt bei der erforderlichen Gießtemperatur unter Vakuum vergossen.

Auch die Küvette befindet sich im Vakuum. Nach Einsetzen der Küvette in die Gießkammer wird die gesamte Vakuumkammer mit dem Gießmodul evakuiert. Die Küvette wird durch einen Sicherheitsschieber und die Stopfenstange tiegelseitig abgesperrt. Das Gießmetall wird in Abhängigkeit vom Hohlraum in der Küvette in den Schmelztiegel gefüllt und je nach Metalltyp mit gesteuertem (Unter-) Druck aufgeschmolzen.

Nach Öffnen des Schiebers und der Stopfenstange kann das geschmolzene Metall durch Schwerkraft und spezifische Druckverhältnisse zwischen Schmelz- und Gießkammer die Kavität ausfüllen. Nach erfolgter Formfüllung wird ein Nachdruck auf das Schmelzereservoir bis zu 1,5 bar aufgegeben. Beim Schmelzen der Metalle, sowie beim Nachdrücken können inerte Gase eingesetzt werden. Diese zusätzliche Druckkomponente hat ähnliche Auswirkungen auf die Schmelze wie die Zentrifugalkraft beim Schleudergussverfahren. Die Druckbeaufschlagung ermöglicht ein Erstarren des Bauteils ohne Speiser.

Nacharbeit

Die Metallteile werden mit einem Hochdruck-Wasserstrahl in einer spritzwasserdichten Einrichtung aus der Einbettmasse ausgewaschen und die Teile vom Baum abgesägt. Die Sägestellen werden händisch nachbearbeitet oder im Zuge einer Mechanischen Nachbearbeitung entfernt.

Mechanische Nachbearbeitung

Bei 1zu1 Prototypen führen wir die Mechanische Nachbearbeitung der Gießteile auf einer Fünf-Achs-Fräsmaschine und CNC-Drehmaschinen durch.