Der schnelle Weg zu Guss-Prototypen

Hochqualitative und seriennahe Metallprototypen in Rekordzeit

Rapid Prototyping hat viele Gesichter. Verfahren wie die Stereolithografie, das Lasersintern oder der dreidimensionale Aufbau von Wachsmodellen werden als die typischen RP-Techniken gehandelt. Direkt aus den CAD-Daten zu Prototypen zu kommen, ist eine faszinierende Angelegenheit. In den meisten Fällen kommt man jedoch um
Abformverfahren nicht herum: Immer dann, wenn Prototypen und Kleinserien in Originalwerkstoffen, meist
Metallen, benötigt werden, wird die Prozesskette um Gießverfahren erweitert. Dass der Metallguss heutzutage kein zeitliches Nadelöhr mehr ist, beweisen die Anlagen eines schwäbischen Spezialisten.

Um es vorweg zu sagen: Wer die Vakuum- und Druckgießanlagen der Friolzhemer Schultheiss GmbH sieht, muss sein Bild, das er vielleicht vom Metallgießen hat, revidieren. So gar nichts erinnert an das Umfeld einer typischen Gießerei ¿ insgesamt präsentiert sich das Verfahren in der Tat als saubere Sache. So sauber, dass man sich das eigentliche Gießen selbst in Büroatmosphäre vorstellen könnte.
 Zunächst aber ein paar Worte zum Unternehmen selbst. Es sind drei Säulen auf denen das Geschäft der Schultheiss GmbH ruht, jede mit etwa einem Drittel am Umsatz beteiligt. Da sind zum einen Lötanlagen, die in nahezu alle Industriebereiche gehen, und schon seit Jahrzehnten sind Schmelz- und Stranggießanlagen für die Edelmetallindustrie im Programm. Drähte, Bänder und Rohre, die als ¿Halbzeuge¿ in die Schmuckindustrie gehen, werden darauf gemacht. Auch der dritte Bereich hat seinen Ursprung in der Schmuck-industrie ¿ die Nähe zur Schmuckstadt Pforzheim kommt nicht von ungefähr. Hierbei geht es um die Technologie des Feingießens für die Schmuckindustrie. Mehr als 15 verschiedene Standardgießanlagen hat Geschäftsführer Georg Schultheiss im Programm.
 Dieser Geschäftsbereich war es auch, der das Unternehmen zum Thema Rapid Prototyping mit industriellen Gießanlagen führte. Georg Schultheiss erinnert sich: ¿Immer öfter  Ø
×  wurden wir damit konfrontiert, dass die größeren Anlagen aus unserem Programm in industrielle Anwendungen gingen, wo in kürzester Zeit Prototypen aus Metall benötigt wurden. Vor mehr als drei Jahren sind wir dann den Weg gegangen, speziell für diesen Bereich Anlagenkonzepte zu entwerfen.¿ Das Geschäft entwickelte sich sehr schnell, der vorläufige Höhepunkt ist eine Vakuum- und Druckgießanlage für einen nahegelegenen Automobilhersteller, die dieser Tage ausgeliefert wird. Letztgenannte Anlage ist von daher etwas besonderes, da sie die Dimensionen des bisher gekannten sprengt: Mit fast drei Metern Anlagenhöhe wird deutlich, dass es hierbei um größere Teile geht.
 Insgesamt ist die Serie der industriellen Gießanlagen von Schultheiss konsequent in Modulbauweise ausgeführt. So kann das Konzept auf jeden Kunden zugeschnitten werden. Die größte Küvette hat einen Durchmesser von 780 mm und eine Höhe von 950 mm. Die Rapid Prototyping Modelle RP 2000 bis 10000 zeigen sich äußerst anpassungsfähig. Zum einen lassen sich Küvetten unterschiedlichster Größen verwenden: die Kammer ist mit einem Auflageflansch ausgestattet. Auf diesem können Flanschküvetten in verschiedenen Durchmessern und Höhen aufgesetzt werden. Da die Gieß-position der Vakuumgießbehälter der Gießform angepasst werden kann, lässt sich jeder Metallguss optimal in der Küvette platzieren.
 Zum anderen ermöglicht die problemlose Auswechslung der Gießbehälter ein wirtschaftliches und kontinuierliches Arbeiten: Ist der Ar-beitsgang beendet, kann man den Vakuumgieß-behälter schnell und einfach gegen den nächsten austauschen. Durch eine optimale Entkopplung bleibt die Schutzgasatmosphäre im Schmelz-tiegel während der Auswechslung erhalten.
 Diese Systementkopplung macht vor allem deshalb Sinn, da der gesamte Prozess mehrere Tage dauert, das eigentliche Gießen jedoch eine Sache von Minuten ist. Die Zeiten im Einzelnen: Das Einbetten des Wachs-, SL- oder Laserkunststoffsinterteiles bzw. eines Baumes mit mehreren Teilen dauert in etwa einen halben Tag. Je nach Formgröße muss nun die Form in bis zu drei Tagen ausgebrannt werden. Dann wird, innerhalb von Minuten gegossen. Der Ausbrennvorgang, in dem die Einbettmasse langsam in einem Ofen erwärmt wird, ist der, zeitlich gesehen, längste Schritt. Mit mehreren Öfen bzw. dem Einsatz mehrerer Vakuum-Stahlbehälter, lässt sich jedoch die Schmelzanlage, genauer der Schmelztiegel sehr viel besser auslasten.
 Hauptkomponenten der Feingießanlage  sind der Schmelzraum unter Vakuum oder Schutzgas-Atmosphäre mit dem Schmelztiegel von 2000 bis 10000 cm3. In ein geschlossenes Aluminiumgehäuse mit Sichtglasdeckel integriert, wird der Tiegel während des Schmelzprozesses mit einem Verschluss-Stab verschlossen. Im Tiegel werden alle NE-Metalle unter Vakuum-, Schutzgas- oder Schutzgas-Überdruck-Bedingungen auf die individuell exakte Gießtemperatur gebracht. Das Induktions- Schmelzsystem und der Gießprozess werden über 30 Gießprogramme gesteuert.
 Je Programm können bis zu 22 Parameter für die unterschiedlichen Gussprozesse gespeichert werden. Mit der digitalen Steuerung von Temperatur, Vakuum, Überdruck, Schutzgas und dem gesteuerten Ablauf der Schmelz- und Gieß-Sequenz ist jeder Guss perfekt reproduzierbar. Sicherheit über den präzisen Ablauf gibt ein Protokollsystem, das Sollwerte und die erzielten Werte über Drucker oder Verbindung zum PC zur Verfügung stellt und somit einen lückenlosen Guss- und Qualitätsnachweis bietet. Als Optionen können die laufenden Prozessparameter über Diagramme auf PC visua-lisiert und gespeichert werden.
 Der Vakuumgießbehälter aus Stahl ¿ er enthält die Küvette mit dem von der Einbett-
masse umgebenen Hohlkörper ¿ wird unter die Schmelzkammer geschoben und anschließend wird das System ge-schlossen. Ist die Verbindung geschlossen, wird mittels einer Pumpe ein Vakuum im Sys-tem erzeugt. Dann wird die Hohlform in Sekundenschnelle bei einer Me- tall-Temperatur von bis 1200°C und bei einem Gießdruck von bis zu
2 bar mit dem geschmolzenen Metall gefüllt. Dieses gelangt senkrecht vom Tiegelboden in
die Gießform. Überdruck sorgt für ein Nachverdichten des Metalls und reduziert die Schrumpfung, erhöht also die Gießqualität in optimaler Form. Die gegossene Küvette wird unter Va-kuum oder Druck ab-gekühlt.
 Es ist das ausge-wogenen Spiel von Über- und Unterdruck, das die Maschine so perfekt macht. So gelangt das Metall in jeden Winkel der Form, und sei er noch so klein. Die Folge ist nicht nur eine extrem gute Abformgenauigkeit, sondern zu-dem eine bestmögliche Homogenität im Material selbst. Zwar kommt die Basistechnologie aus den Feingussanlagen für den Schmuckbereich, Georg
Schultheiss hat jedoch die speziellen Anforderungen der industriellen Kunden exzellent umgesetzt, so dass die Technologie nur auf den ersten Blick miteinander zu tun hat. So ist es beispielsweise möglich, den Gießpunkt, je nach Anforderungen der Teilegeometrie, zu verlegen, und zwar dorthin, wo es günstig ist.
 Auch in Sachen gießbarer Werkstoffe unterscheidet man sich wesentlich: Aluminium, aber auch Stahl werden am meisten nachgefragt. Funktionsteile für die Automobilindustrie bilden offensichtlich das Gros, wenn man Einblicke in die Schaukästen des Unternehmens nimmt, wo sich Prototypenteile ein Stelldichein geben.        fjg
www.schultheiss-gmbh.de