RAPID PROTOTYPING in Grauguss und Aluminium


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Einzelstücke in Grauguss sind bis anhin nur mit grossem zeitlichen und finanziellen Aufwand herstellbar. Zum Giessen benötigt man immer eine Sandform. Gemacht wird diese von einem Modell, meist aus Holz oder Kunstharz und mit diversen Kernen. Oder aber im Wachsausschmelz-Verfahren als sogenannter Präzisionsguss. Mit Kernen belaufen sich die Modellkosten meist auf 20'000.- bis 40'000.- CHF. Automatisierung gibt es ausschliesslich bei der Modell-Herstellung: Mehrachsiges Fräsen des Modelles ab 3D-Daten ist heute Standard. Mit 3D-Printern werden Wachsmodelle für das Präzisionsgussverfahren abgebildet.

Mit den modernen Rapid Prototyping-Verfahren kann man aber nun Metall-Guss effizient herstellen. Der Guss-Sand wird direkt ab 3D-Daten aufgebaut und gesintert. Das Verfahren ist sehr schnell und daher preisgünstig. Eingespart wird immer ein Modell.

Zur Erklärung des Verfahrens dient uns folgendes Beispiel:

Die Nachfertigung eines Grauguss-Zylinderkopfes für einen Vorkriegs-Rennwagen. Der alte Kopf war irreparabel. Die offerierten Modellkosten ab 3D-Daten lagen bei 32'000.- CHF.

Zylinderkopf Salmson VAL3, Brennkammern / Oberseite / Schnitt durch 3D-Modell des Rohgusses / CAD-Bild des bearbeiteten Gusses

Ein erster Teil war ein Ausmessen des alten Kopfes und dessen Aufbauen im 3D-System. Dazu muss die Geschichte aller Veränderungen am Gussteil nachvollzogen werden können. In diesem Projekt wendete ich erstmals das Rapid-Protyping-Verfahren für Grauguss an. Die Giesstechnik muss schon im 3D-CAD-Modell gemacht werden. Anschnitte, Steiger, Speiser und Entlüftungen werden dimensioniert und plaziert. Der Giesser hat später keinen Einfluss mehr auf den Guss.

3D-Daten des Rohgusses: Links Rohguss komplett / Mitte: fertige virtuelle Sandform / Rechts: Sandform-Unterteil

Direkt ab 3D-Daten wird die Sand-Giessform im Laser-Sinter-Verfahren hergestellt. Das Material ist Quarzsand mit Binder, ähnlich dem Kernsand. Die Form ist nach dem Giessen verloren. Zum Ausformen des Gusses wird sie zu Sand zerklopft.

Laser-Sintern: Links EOS-Lasertechnik / Mitte: fertige gesinterte Sandform / Rechts: Sandform-Detail

In der Giesserei wird der Sinterblock in einen Formkasten eingebettet. Die Anschnitte werden verlängert. Ein Schlackenlauf und der Anguss werden eingeformt. Die Steiger und Speiser werden verlängert. Die Giesstemperatur war wegen der Dünnwandigkeit über 1340° C.

Das Giessen und der Rohguss. Im Detail sind sogar die Treppen der Sinterform abgezeichnet!

Der fertige Rohguss hat eine enorm hohe Qualität, ähnlich dem Aluminium-Guss. Das gezeigte Teil hatte keinen messbaren Verzug! Die Mass-Abweichungen gegenüber den Rohdaten waren unter 0,2mm. Alle Details waren sehr klar abgezeichnet. Sogar die charakteristischen Treppenstufen des Rapid-Prototypings waren klar gezeichnet. Diese Treppen können in der Form vor dem Giessen verschliffen werden.

Links im Bild ist das virtuelle 3D-Modell der Kerne des konventionellen Giess-Modells. Das Ganze besteht aus einem horizontal zweigeteilten (Aussen-)Modell mit 2 zusammengesetzten Kernen aus 7 Einzelhälften! Kosteneinsparung gegenüber diesem konventionellen Modell: gegen CHF 26'000.- netto.

Die Bearbeitung des Rohgusses war sehr einfach dank des äusserst verzugsfreien Gusses. Die Ventile und Ventilsitze werden noch in einem Zylinderschleifwerk gemacht.

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