Horn startete im Frühjahr 2018 mit dem Projekt additive Fertigung. Heute ist daraus ein eigener Fertigungsbereich „Selective Laser Melting“ entstanden. Der Werkzeughersteller nutzt die additive Fertigung bei der eigenen Werkzeugherstellung, insbesondere bei der Herstellung von Prototypen, Sonder- und Trägerwerkzeugen sowie beim Optimieren von Kühlmittelaufsätzen. Die erweiterten Möglichkeiten, welche sich durch die additive Fertigung ergeben, stellt Horn auch seinen Kunden und Partnern zur Verfügung.

„Die additive Fertigung hat uns von Beginn an gereizt. Von daher haben wir die Fortschritte beim 3D-Druck mit Metall genau beobachtet. Als dann die Maschinentechnologie so weit war, dass wir als Präzisionswerkzeughersteller damit arbeiten konnten, haben wir uns die erste eigene Anlage zugelegt. Genauer gesagt eine DMG Mori Lasertec 30. Wir haben die Maschine ursprünglich für den F&E-Bereich erworben, um mit ihr Sonderwerkzeuge und Prototypen zu fertigen. In der Anfangszeit sind wir dann immer wieder mit unseren Kunden zum Thema 3D-Druck ins Gespräch gekommen. Aus den anfänglichen reinen Fachgesprächen haben sich dann mehr und mehr konkrete Anfragen nach 3D-gedruckten Bauteilen ergeben. Aufgrund des regen Kundeninteresses ist bei uns schließlich die Idee gereift, einen zusätzlichen Geschäftsbereich ‚Lohnfertigung für additiv gefertigte Bauteile‘ aufzubauen. Technologisch setzten wir auf DMG Mori Lasertec 30 (2nd Generation).“, so Matthias Rommel, Geschäftsführer der Paul Horn GmbH.

Die additive Fertigung ist sinnvoll, wenn sich dadurch ein technologischer Vorteil ergibt. Ein bisher konventionell gefertigtes Bauteil additiv zu fertigen ergibt wirtschaftlich in vielen Fällen keinen Vorteil. Beispielsweise ein Drehteil, welches auf Langdrehautomaten relativ schnell herzustellen ist. Die additive Fertigung wäre auch im Hinblick auf eine spanende Nacharbeit zu teuer. Weitere Nachteile gegenüber der konventionellen Fertigung sind zudem die relativ schlechte Oberflächengüte (R_z 30 µm) und die groben Genauigkeiten von +/- 0,1 mm sowie das teure Pulver im Vergleich zu einem Stangenmaterial.

Mehr Gestaltungsfreiheit

Nimmt die Komplexität der Bauteile zu, kommt die additive Fertigung ins Spiel. Sei es durch Leichtbau, spezielle Führung von Kühlkanälen sowie Kleinserien von geometrisch sehr anspruchsvollen Bauteilen. Somit stehen den Nachteilen auch die Vorteile der Gestaltungsfreiheit, der Leichtbau, die schnelle Anpassbarkeit und bei komplexen Teilen auch die schnelle Fertigung gegenüber. Folglich ist es in Zukunft sinnvoll, bei jeder Konstruktion diese Möglichkeit in die Vorüberlegungen miteinzubeziehen.

Nach verschiedenen Gesichtspunkten analysieren die Spezialisten das Ausgangsmaterial. Hierbei nutzt Horn die weitreichenden Kompetenzen der Horn Hartstoffe GmbH, welche sich seit Jahren mit der Pulveranalytik für Hartmetallpulver befasst. Entsprechende Messgeräte sind dabei vorhanden. Sind die Eingangsparameter in Ordnung, werden entsprechende Probenkörper gedruckt. Im Anschluss kommen diese Probenkörper zur metallurgischen Analyse. Für die schnelle Ermittlung von Daten steht neben den Horn Hartstoffen auch das neue Horn Analysezentrum (HAZ) zur Verfügung. Hier erstellen die Mitarbeiter entsprechende Schliffbilder zur Porenanalyse und führen weitere Materialprüfungen durch.

Vom Rohteil bis zum fertig bearbeiteten Bauteil

Zum Einsatz kommt bei Horn das Selective Laser Melting-Verfahren, auch Pulverbettverfahren genannt. Bei diesem Verfahren wird das Metallpulver in Schichten auf eine absenkbare Plattform aufgetragen und danach im relevanten Bereich durch den Laser belichtet und aufgeschmolzen. Dies wird so lange wiederholt, bis die Bauteilhöhe erreicht ist. Horn setzt auf die Werkstoffe Aluminium (AlSi10Mg), Edelstahl (1.4404), Werkzeugstahl (1.2709) und Titan (Ti6Al4V). Weitere Werkstoffe befinden sich zurzeit in der Erprobung. Die Bauraumgröße beträgt maximal 300 x 300 x 300 mm.

Da Horn alle Fertigungsschritte im Haus hat, können die Spezialisten des Fertigungsbereiches direkt auf die Kundenanforderungen eingehen. Die Herstellung der Teile erfolgt je nach Kundenwunsch in verschiedenen Ausführungsformen. Horn unterstützt dabei den Kunden auch bei der Konstruktion und der Auswahl geeigneter pulverbasierter Parameter. Die Herstellung erfolgt nach Kundenanforderung als Rohteile bis hin zum fertig bearbeiteten Bauteil. Ein weiterer Vorteil sind der vorhandene Maschinenpark und die entsprechenden Messmittel. Dies erspart Zeit und gibt direkten Einfluss auf alle Fertigungsprozesse.

Beispiel gedruckte Kühlmittel-Aufsätze

Für die prozesssichere Spankontrolle beim Hochleistungsreiben bietet die Paul Horn GmbH additiv gefertigte Kühlmittelscheiben nach Kundenanforderungen. Beim Reiben von Durchgangsbohrungen oder tiefen Sacklöchern kommen Standardlösungen oft an technische Grenzen. Insbesondere langspanende und schwer zerspanbare Werkstoffe erfordern Modifikationen des Werkzeugsystems und der inneren Kühlmittelzufuhr. Horn zeigt mit der 3D-gedruckten Kühlmittelscheibe eine Problemlösung, welche auf dem Werkzeugschaft aufgeschraubt wird. Die Folgen sind höhere Standzeiten durch die direkte, zielgerichtete Kühlung und vor allem eine prozesssichere Spanabfuhr. Die additive Fertigungstechnologie ermöglicht eine freie Gestaltung der Kühlmittelaustritte. Die Form der Austritte verhindert ein Eindringen von Spänen. Des Weiteren können Querschnitt und Austrittwinkel des Kühlmittelkanals für die jeweilige Bearbeitung und den zu zerspanenden Werkstoff angepasst werden.