24.02.2021

3D-Druck: Wie man große Objekte aus Titan wirtschaftlich fertigt

Der Traum von gedruckten Mega-Bauteilen ist sehr groß. Ausgerechnet in Niederösterreich wird dieser Traum gerade sehr fein gesponnen. Wie RHP für eine Druckrevolution bei Titan sorgt.

© RHP GmbH
Die Geschäftsführer Fritz Pesendorfer von Inocon, Erich Neubauer von RHP-Technology, Michael Kitzmantel von SBI GmbH und Martin Peruzzi der Böhler Welding Group sind begeistert von der PMD-Technologie.

AM (Additive Manufacturing), additive oder generative Fertigung – der 3D-Druck hat viele Namen. Aber alle haben eines gemeinsam: Den schichtweisen Aufbau von Material zu einem dreidimensionalen Objekt. So neu ist das Ganze übrigens auch nicht. Technologien und Systeme sind bereits Jahrzehnte am Markt verfügbar. Wir haben uns gefragt: Worin besteht der große Unterschied?

Auf den Bauraum kommt es an

Auch wenn die Druckanlage selbst groß ist, haben manche dennoch einen vergleichsweise kleinen Bauraum. Von Nano- bis Großformat-Druck ist nahezu alles am Markt erhältlich. Für besonders große Objekte, wie beispielsweise den Versuchsdemonstrator des Weltraumteleskops der Athena-Mission, braucht es allerdings einen entsprechend großen Bauraum.

RHP-Technology setzt hier auf das “Plasma Metal Deposition” (PMD)-Verfahren. Zum Einsatz kommt der innovative Prozess in der Anlage des niederösterreichischen Hightech-Unternehmens SBI in Ziersdorf. Mit einem Bauraum von 2 x 0,6 x 0,6 Metern (X-Y-Z Richtung) ist genügend Platz für große, dreidimensionale Objekte. Doch das können andere Großformat-3D-Druckanlagen auch. Das Geheimnis liegt eben im Fertigungssystem der Niederösterreicher. Zum Einsatz kommen dann größere Achsen oder Roboter.

© RHP Technology
Die Spiegelhalterung des Versuchsdemonstrators der Athena-Mission der ESA wurde bereits erfolgreich mittels PMD-Verfahren gefertigt.

Additive Fertigung steht vor einer Herausforderung

Große Strukturbauteile und gleichzeitig eine hohe Präzision im Druckprozess ist eine Mischung, die ihresgleichen sucht. Und dann sind auch noch Genauigkeiten in der Auflösung im Mikrometer-Bereich gefordert. Diese Kombination stellt viele AM-Technologien vor eine Herausforderung. Die Niederösterreicher setzen dazu auf den PMD-Fertigungsprozess, ein Directed Energy Deposition (DED)-Verfahren.

Verarbeitet wird hierbei z.B. das hochpreisige Material Titan. Gerade bei subtraktiver Fertigung, wie Drehen oder Fräsen, großer Bauteile können die Materialkosten ins Unermessliche steigen, wenn 70 Prozent oder mehr zerspant werden.

Plasma Metal Deposition (PMD)-Verfahren

Beim PMD-Prozess wird mittels Plasmabrenner ein lokales Schmelzbad aus Metall erzeugt. Im Plasma geschmolzenes Metall wird lagenweise auf der Bauplattform abgelegt. Gesteuert wird der Prozess über Achsen mittels einer CNC-Steuerung. Diese sorgt für hochpräzise Bewegungen und führt den Plasmabrenner entlang der Konturen, um das Material Schicht für Schicht abzulegen. So entsteht ein dreidimensionales Werkstück mit Strukturen, die mit herkömmlichen Metallbearbeitungsmethoden nicht möglich gewesen wären.

Es braucht eine wirtschaftliche Produktion

Bauteile werden endkonturnah mit hoher Auftragsrate aufgebaut und auf Endkontur mit gewünschter Präzision nachbearbeitet. Dank der niederösterreichischen Technologie lässt sich der Prozess beliebig skalieren. Drei Meter Durchmesser oder mehr sind selbst bei komplexen Bauteilen kein Problem. Mit AM lässt sich nahezu jede Geometrie fertigen. Der Weg für große und zugleich komplexe Bauteile sowie eine ökonomisch nachhaltige Fertigung ist also frei. Was braucht es aber noch?

© SBI GmbH
Schicht für Schicht zum Titan-Bauteil mittels Plasmabrenner. Zum Einsatz kommt hierbei entweder ein pulver- oder drahtbasiertes Verfahren.

Eine Verbindung, die hält

Damit die erste Schicht des Druckvorgangs an der Bauplattform gut anhaftet und es dennoch zu keiner Querreaktion kommt, setzen die Niederösterreicher in der Regel auf eine Basisplatte aus der gleichen Legierung. Damit es zu keinen unerwünschten chemischen Reaktionen beim Einsatz von Plasma kommt, wird kontrolliert das Edelgas Argon mit 99,999 % Reinheitsgrad im luftdicht verschlossenen Bauraum eingesetzt.

Text von Jasmin Ladinig, Teamlead Content & PR Management