Gussformen aus dem 3D-Drucker: In Rekordzeit zum Schaufelrad

Noch vor wenigen Jahren hätte Kirloskar Brothers Limited (KBL) einige Monate gebraucht, um ein 3,2 Tonnen schweres Schaufelrad an die Kundschaft zu liefern. Dank der VX4000 von Voxeljet kann der indische Pumpenhersteller diese und andere Gussteile jedoch innerhalb weniger Wochen ausliefern. Die VX4000 ist das nach eigenen Angaben weltweit größte 3D-Drucksystem zur Herstellung von Sandgussformen und -kernen.

11. Februar 2019
Dieses Laufrad des indischen Herstellers Kirloskar Brothers Limited (KBL) wiegt 3,2 Tonnen, ist aus einem Guss und misst 2000 mm im Durchmesser. ( Bild. Voxeljet)

Die Herstellung von Modellen und Kernkästen kann beim traditionellen Formenbau Monate in Anspruch nehmen. Zudem ist die Darstellbarkeit von komplexen Geometrien nur beschränkt möglich, wodurch die Produkteffizienz meist stagniert.

Um effizientere Produkte zu entwickeln und gleichzeitig Zeit einzusparen suchte KBL nach alternativen Fertigungsverfahren. Fündig wurde das Unternehmen beim 3D-Druck. Damit lassen sich Gussformen aus Sand schnell, werkzeuglos und am Stück produzieren. Das 3D-Drucksystem VX4000 von Voxeljet eignet sich dabei mit einer Bauraumgröße von 4 x 2 x 1 Meter gut für die Produkte von KBL.

Im Falle einer Pelton Turbine konnten Ober- und Unterkasten sowie die 18 Gusskerne der Sandgussform in gerademal 72 Stunden gedruckt werden. Ein großer Vorteil des Voxeljet-3D-Drucks: Es werden gießereiübliche Materialien wie Quarzsand und Furanharz zum verkleben des Sandes eingesetzt. So war außer des üblichen Schlichtens keine weitere Nachbearbeitung der 5.700 Kilogramm schweren Gussform notwendig.

Nach dem 3D-Druck und dem Entfernen des nicht verdruckten Sandes ist die Gussform montagefertig und kann direkt für den Metallguss vorbereitet werden. Die Erfahrung und Fachexpertise der KBL-Mitarbeiter waren beim Design und der Zusammensetzung der Gussform essentiell.

Der klassische Formenbau benötigt Monate

»Dank des 3D-Drucks konnten wir unsere Lieferzeiten drastisch verkürzen. Die konventionelle Produktion unserer komplizierten Formen und Kerne würde Monate in Anspruch nehmen. Jetzt stehen uns die Formen für den Abguss innerhalb weniger Tage zur Verfügung. KBL verwendet die 3D-gedruckten Formen für alle Gussteile, die eine hohe Maßhaltigkeit, sehr kurze Lieferzeiten oder nur kleine Losgrößen erfordern. Zudem ist es für uns ein entscheidender Vorteil, dass wir mit 3D-gedruckten Formen Wiederholgenauigkeit und eine bessere Oberflächengüte erreichen können«, sagt Ravindra Birajdar, Vice President und Head Corporate Research Engineering & Development, bei KBL.

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Zudem verwendet KBL den 3D-Druck auch, um Integralkerne von Laufrädern, Schalen und Francis-Läufern herzustellen, die mit herkömmlichen Kernkästen nahezu unmöglich zu realisieren sind. »Mittels 3D-Druck lassen sich Geometrien leichter und genauer abbilden, was Vorteile beim Zusammenbau & Abguss der Formen mit sich bringt. Losgelöst von Hinterschnitten können beispielsweise Turbinenkerne einfach als Monoblock gedruckt werden«, erklärt Alexander Kudernatsch Vice President Services bei Voxeljet.

»In unserem Dienstleistungszentrum in Friedberg betreiben wir unter anderem drei VX4000-Drucksysteme. Insgesamt können wir damit unseren Kunden ein mögliches Druckvolumen von bis zu 400 Tonnen pro Monat anbieten. Bei den enormen Bauteilgrößen, wie KBL sie benötigt, ist die VX4000 das weltweit einzige 3D-Drucksystem zur wirtschaftlichen und effizienten Produktion der benötigten Sandformen.

Das Bauteil im Detail

Produkt: Pelton Turbine

Größe: 2.000 mm

Gussgewicht: 3.200 kg

Legierung: CA6NM

Gedruckte Bauteile: Oberkasten, Unterkasten, 18 Gusskerne

Gewicht der Gedruckten Bauteile: 5700 Kg

Druckdauer: 72 Stunden

So werden Lieferzeiten sowie Lieferkosten um ein Vielfaches reduziert«, sagt Kudernatsch. In Indien war KBL einer der Vorreiter für die Verwendung von 3D-gedruckten Sandformen. »Es ist beeindruckend zu sehen, welche Teilegrößen KBL mit unserer 3D-Drucktechnologie realisiert«, so Kudernatsch weiter.