Additiv oder spanend – das ist hier die Frage!

Kreative Fertigungsoptimierung durch intelligente Kombination von CNC-Zerspanung, additiver Fertigung und Know-how-Transfer

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Firmenhistorie toolcraft AG: Rasches Wachstum durch Innovationskraft  

Die toolcraft AG vereint mit großer Innovationskraft unter einem Dach die CNC-Präzisionszerspanung, additive Fertigung, CAD/CAM-Programmierung, Fachberatung u.v.m.

 

Die 1989 gegründete Firma deckte neben der Lohnfertigung seitens seiner Auftraggeber schon bald auch den Bedarf an Beratung zu fertigungsgerechter Konstruktion und Prozessoptimierung ab. So expandierte Toolcraft schnell und trieb auch die Werkstückprogrammierung mit Hilfe von CAD/CAM-Software voran: Die Firma unicam Software GmbH wurde gegründet als Händler, Beratungs- sowie Schulungspartner der CAM-Lösung Mastercam.  Um die Jahrtausendwende wurde der neue Hauptstandort in Georgensgmünd eingeweiht. Hier arbeiten heute über 400 Mitarbeiter auf fast 20.000 qm.

Erfahrung mit additiver Fertigung seit 2011

Dem selbstgestellten Anspruch des Innovationstreibers folgend, investierte man frühzeitig in neue Technologien: 2011 eröffnete der neue Bereich Additive Fertigung, dessen Maschinenpark mittlerweile 12 Anlagen umfasst. Das Pulverbettverfahren ist seit 2017 sogar nach Nadcap zertifiziert.

 

2020 wurde eine TRUMPF TruLaser Cell 3000 für Pulver-Laser-Auftragschweißen angeschafft und der Projektleiter für additive Fertigung, Florian Schlund, führt seit diesem Zeitpunkt zusammen mit Jonathan Krauß das Team im Bereich der Pulverdüse. Hierunter versteht er den gesamten Prozess vom Auftragseingang, über Programmierung, Arbeitsvorbereitung, Fertigung bis hin zur Qualitätsprüfung.

Additiv oder spanend? – Definierter Entscheidungsprozess

Ob zerspanend oder additiv gefertigt wird, ermittelt Toolcraft in einer Machbarkeitsstudie. Dabei wird der gesamte Lebenszyklus des Bauteils betrachtet, denn: Mit dem Auftragschweißen lassen sich stark belastete Bereiche eines Bauteils so beschichten, dass die Verschleißfestigkeit um ein Mehrfaches verbessert ist und das  Ausfallrisiko der Kundenanlage verringert. 

 

So bekommt der Kunde eine faire und fundierte Aussage über die technische Machbarkeit der additiven Umsetzung, den Nutzen und die zu erwartenden Kosten. 

 

 

Beispiel Laser-Auftragsschweißen: Extruderschnecke mit gehärteter Oberfläche

Als Beispiel hierfür kann die abgebildete Extruderschnecke dienen. Das Bauteil bedingte immer wieder Anlagenausfälle, weil es aufgrund hoher Belastung schnell verschlissen war. Die Schnecke zerspanend komplett aus härterem Material herzustellen, war unwirtschaftlich. Die Lösung brachte die Beschichtung des Schneckensteges. Die Grundform der Extruderschnecke wird weiterhin zerspanend gefertigt. Mit Hilfe der TRUMPF-Anlage lassen sich darauf Beschichtungen zwischen 0,05 und 3mm auftragen, was den Verschleiß dieser Extruderschnecke reduziert.

Zerspanende und additive Fertigung: einheitliche Bedienung und Programmierung

Florian Schlund ist ausgebildete Fachkraft in der Zerspanung und hat bis 2019 bei Toolcraft an diversen Zerspannungsmaschinen gearbeitet. Dabei hat er die CNC Sinumerik 840D schätzen gelernt. Die TRUMPF TruLaser Cell 3000 wird ebenfalls von der Sinumerik 840D gesteuert: „Da fühlt man sich zu Hause“, so Florian Schlund schmunzelnd.

 

Überhaupt war für ihn der Umstieg der NC-Programmierung von der zerspanenden auf die additive Fertigung weniger kompliziert als erwartet. Hat man einmal die Prozessbeherrschung wie die Arbeitsvorbereitung mit CAD/CAM, Einrichten einer Spannsituation, Wahl des Nullpunktes und den Umgang mit der CNC im Blut, ist der Umstieg auf die additive Fertigung machbar. 

Für ein Einzelteil eine Gussform herzustellen, lohnt sich in der Regel nicht. Damit empfehlen sich Einzelteile oder Kleinserien für die additive Komplett-Fertigung. Aber auch das nachträgliche Modifizieren einer vorhandenen Baugruppe, wie z.B. das Anbringen von zusätzlichen Streben, kann mit dem Auftragschweißen umgesetzt werden.

 

Im Rahmen von Instandhaltungsarbeiten an Kundenanlagen müssen nicht selten defekte Teile repariert werden. Im ersten Schritt detektiert dabei ein Linienscanner den Defekt. Danach werden über die Flächenrückführung in der Siemens-CAD/CAM-Software NX das ursprüngliche Bauteil konstruiert und die Werkzeugbahnen für das Auftragschweißen geplant.

Dann wird die defekte Stelle mittels LMD (Laser Metal Deposition) repariert. 

Patentiertes Hochgeschwindigkeitsverfahren

Zudem nutzt Toolcraft das Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen EHLA, ein patentiertes Verfahren des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik Aachen. Ein in die TRUMPF-Maschine zusätzlich integrierter EHLA-Arbeitskopf erhöht die bisherige Auftragsgeschwindigkeit gegenüber dem Standardverfahren von bis dahin maximal 2,0 auf mehrere Hundert Meter pro Minute. EHLA kann aktuell nur bei rotationssymmetrischen Bauteilen angewendet werden. 

Durchgängiges CAM-System vereinfacht die Kombination additiver und spanender Fertigung

Je nach Vorgaben des Kunden kann u.U. noch eine zerspanende Feinbearbeitung notwendig sein. Wenn, wie im Falle Toolcraft eine zerspanende Fertigung vorhanden ist, lässt sich der Ablauf der Fertigung perfekt kombinieren. Da das Modell des Bauteils in der NX CAM vollständig vorhanden ist, kann das Zerspanungsprogramm mit den dafür notwendigen Werkzeugbahnen mit wenig Aufwand erstellt werden.

AMbitious - Ein eigener Geschäftsbereich für den Transfer des über Jahrzehnte erarbeiteten Know-hows

Toolcraft ist seit geraumer Zeit ein kompetenter Partner auch in der additiven Fertigung. Bereits 2017 reifte die Idee, Seminare für die Konstrukteure der Kunden zu veranstalten, damit sie die besonderen Anforderungen der additiven Fertigung bereits berücksichtigen - was letztlich Zeit und Kosten spart. Daraus wurde ein neuer Geschäftsbereich. Unter dem Namen AMbitious bietet heute ein ambitioniertes Team von Fachleuten Beratung, Support und Schulung entlang der gesamten Additive-Manufacturing-(AM-)Prozesskette an. Dabei berät Toolcraft auch Startups und Quereinsteiger beim Einsatz der AM-Technik.

 

Fehler, die Toolcraft bei Einführung der Additiven Technologien gemacht hat, muss der Kunde nicht noch einmal machen, so die Idee hinter AMbitious. Von der Auswahl und Aufstellung der Maschine, über Umweltaspekte, der richtigen Werkstoffwahl bis hin zur Arbeitsvorbereitung und Programmierung der Bauteile: Jede Frage wird beantwortet und trainiert. 

 

Florian Schlund sieht diese Strategie als ein Erfolgsmodell: Jede Kundenanfrage verlangt kreatives Neudenken, und so entstehen immer wieder Anreize, auch bei Toolcraft selbst die etablierten Prozessschritte zu überdenken.

Strategische Partnerschaft

Eine Basis für den Erfolg von AMbitious ist die Partnerschaft mit Siemens. Die NX-Software überzeugt mit der funktionalen Durchgängigkeit in der kompletten Prozesskette. Egal ob Konstruktion, Design, Pulverbettfertigung, Auftragschweißen oder Zerspanung: Hier lassen sich mit nur einem System all diese Aufgaben erledigen. AMbitious ist Reseller und Schulungsanbieter für NX-Software und bringt als Expert-Partner neue Anforderung aus der Praxis in die Kooperation mit Siemens ein.

 

Florian Schlund jedenfalls sprüht vor neuen Ideen: Neue Projekte, darunter der Einsatz von Robotik im Umfeld der additiven Fertigung, sind bereits in der Planung. Auch hier sind in NX die passenden Lösungen bereits angelegt - eine gute Erfolgsgrundlage für das Projekt! 

Aus dem CNC4you-Magazin, Ausgabe 2022-2 

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