Dass die additive und die zerspanende Fertigung nicht ausschließlich Gegenspieler sind, sondern sich hervorragend ergänzen können, zeigt das Beispiel der BAM GmbH. Beim Lohnfertiger aus der Oberpfalz, der seit Jahren auf beide Technologien setzt, leisten Spannbacken aus dem 3D-Drucker ausgezeichnete Arbeit auf einem Dreh-/Fräszentrum von Stama.
Dass man bei der BAM GmbH aus Weiden in der Oberpfalz nie um eine kreative Lösung verlegen ist, hat sich mittlerweile herumgesprochen. Bewiesen hat das der Lohnfertiger zuletzt mit der selbst realisierten Automatisierung des neuen Dreh-/Fräszentrums MT 733 two plus von Stama. Den Beitrag dazu lesen Sie hier.
Und auf dieser modernen Maschine findet sich auch die aktuelle Kreativleistung der Oberpfälzer: Spannbacken aus Antero 800NA, ein 3D-Druck-Kunststoff, der unter anderem eine hohe Festigkeit, chemische Beständigkeit und Verschleißfähigkeit mitbringt. Allesamt Eigenschaften, die bei einem zerspanenden Fertigungsprozess auf einem Dreh-/Fräszentrum entscheidend sind.
Aufgabenstellung: Keine Spannabdrücke auf dem Bauteil
Die Idee, Spannbacken bzw. eine komplette Spannvorrichtung aus Kunststoff aus dem 3D-Drucker zu beziehen, basiert auf den hohen Qualitätsanforderungen des Kunden. Auf dessen Bauteilen dürfen keinesfalls Spannabdrücke zurückbleiben, so die Vorgabe. Da lag die Lösung mittels Spannbacken aus Kunststoff nahe, der 3D-Druck spielt bei BAM bei der Lösungsfindung oftmals eine Rolle. Zudem hatte man bei BAM mit Spannbacken aus Glasfasern im Vorfeld schon erste, gute Erfahrungen gesammelt.
Eine Übersicht zu Verfahren und Technologien, die wir bei BAM nutzen, stellen wir in diesem Beitrag im BAURAUM vor.
Drei Versuche auf dem Weg zu den perfekten Spannbacken
Die Idee war schnell geboren, der Weg bis zur Lösung aber mit einigen Herausforderungen gespickt. Die Entwicklung bis zur finalen Lösung benötigte drei Iterationen.
- Versuch 1: Die gesamte Spannvorrichtung wurde glasfaserverstärkt aus Onyx additiv gefertigt. Druckzeit: ca. 12 Stunden. Leider hat sich herausgestellt, dass die fehlende Steifigkeit von Kunststoff keine prozesssichere Positionierung im µ-Bereich möglich macht.
- Versuch 2: Um die Steifigkeit von Metall zu nutzen, wurde ein Träger aus Stahl gefräst und ein “Überzieher” aus dem Material Onyx gedruckt. Da für die Hülle keine Steifigkeit erforderlich ist, konnte die Faserverstärkung vernachlässigt werden. Druckzeit: 4,5 Stunden. Zusätzlich kamen noch weitere Werkstoffe, wie der für Werkzeuge prädestinierte Werkstoff PC in Frage. Druckzeit: 2 Stunden (dank dickerer Schichtstärken). Allerdings waren die Materialien nicht kompatibel mit dem Kühlschmiermittel auf dem Bearbeitungszentrum..
- Versuch 3: Die Lösung. Mit Antero 800NA war das geeignete Material gefunden, mit dem sich die Spannbacken mittels FDM-Verfahren kurzfristig umsetzen ließen. Zwar gibt es bei diesem Verfahren Abstriche bei der Oberflächenqualität, da die vier kleinen Kontaktpunkte jedoch zur optimalen Anpassung an die Spannsituation bei jedem Material ohnehin nachgefräst werden mussten, war dieser Nachteil zu vernachlässigen. Ergo entsteht durch die Fertigungstoleranz des FDM-Verfahrens von +/- 0,2 mm hier kein Nachteil. Druckzeit: ca. 2 Stunden.
Die Grafik zeigt den Preisvergleich bzw. die unterschiedlichen Kostenanteile beim Druck der Spannbacken mit verschiedenen Materialien. Beim Einsatz von Onyx liegt der größte Anteil im Bereich der Maschinenkosten bzw. Druckzeit. Mit PC wurde zwar eine wirtschaftliche Lösung gefunden, jedoch zeigte sich das Material als nicht ausreichend beständig gegen das bei der Zerspanung eingesetzte Kühlschmiermittel. Mit den Spannbacken aus Antero 800 NA war die robusteste und wirtschaftlichste Lösung gefunden. Eine Backe kann für die Bearbeitung von ca. 3000 bis 4000 Bauteilen eingesetzt werden, was in der Gesamtschau eine enorme Wirtschaftlichkeit bedeutet. Die Produktion mehrerer Spannbacken in einem Arbeitsgang wirkt sich zusätzlich positiv auf die Kostenstruktur aus.
Fazit: Spannbacken aus dem 3D-Drucker erfüllen die Kundenanforderung
Mit der aktuellen Lösung erfüllt BAM die Kundenanforderung, keine Spannabdrücke auf den hochwertigen Bauteilen zu hinterlassen und kann sich innerhalb einer Druckzeit von etwa zwei Stunden die Lösung inhouse additiv fertigen.
Noch Fragen zu diesem Projekt oder dem 3D-Druck bei BAM generell? Die BAM GmbH steht als erfahrener Dienstleister für kompetente Beratung und qualitativ hochwertige Fertigungsergebnisse gerne zur Verfügung. Kontakt über die Website der BAM.