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3-D-Druck des Zinkdruckguss-Serienwerkstoffs Zamak

Die Herstellung von Prototypen im Zinkdruckgießverfahren kostet viel Zeit und Geld. Dass es anders gehen kann, zeigt die Protiq GmbH aus Blomberg. Durch einen innovativen, neuen Prozess können jetzt auch Zinkbauteile aus dem Serienwerkstoff Zamak 5 im 3-D-Druckverfahren produziert werden.

Seit einigen Jahren sorgt der 3-D-Druck – auch Additive Fertigung genannt – in zahlreichen Bereichen der industriellen Produktion für vielfältige Innovationen. Durch eine reduzierte Dauer von der Konstruktion im CAD bis zum fertigen Bauteil können Entwicklungszeiten und die Time-to-Market verringert werden. Zusätzlich lassen sich jetzt, durch neu gewonnene Gestaltungsfreiheiten, Bauteile wirtschaftlich herstellen, deren konventionelle Fertigung bislang nicht möglich war. Die sich daraus ergebenden Möglichkeiten nutzt die Protiq GmbH unter anderem zur additiven Fertigung von Prototypen und Serienbauteilen aus dem Zinkdruckguss-Serienmaterial Zamak.

Seit der Erfindung des 3-D-Drucks in den 1980er-Jahren hat sich die Technologie rasant weiterentwickelt. Die ersten 3-D-Drucker arbeiteten mit einem UV-Laser und einem durch die UV-Strahlen aushärtenden Photopolymer-Harz. Die so entstandenen Bauteile eigneten sich vor allem als Anschauungsmuster und Prototypen. Mittlerweile hat sich eine Vielzahl neuer 3-D-Druckverfahren etabliert – zum Beispiel das selektive Laserschmelzen oder Lasersintern  –, die eine Fertigung von Serienbauteilen ermöglichen. Damals wie heute bauen sich die Komponenten dabei verfahrensübergreifend Schicht für Schicht auf. Durch diese Prozesse können sogar hochgradig komplexe Geometrien – wie aufwendige Freiformflächen oder innenliegende Strukturen – effizient hergestellt werden. Die Fülle der vorhandenen 3-D-Druckverfahren erlaubt ferner die Verarbeitung einer großen Bandbreite an Werkstoffen. Als Dienstleister für den industriellen 3-D-Druck setzt die Protiq GmbH zahlreiche technische Kunststoffe und metallische Werkstoffe in der additiven Fertigung ein. Das Unternehmen wurde 2016 als Teil der Phoenix Contact-Gruppe gegründet, die im Bereich Elektrotechnik, Elektronik und Automation aktiv ist.

Eine Besonderheit stellt der durch Protiq entwickelte Prozess zur additiven Verarbeitung des Serienwerkstoffs Zamak 5 dar. Diese Zinklegierung mit Anteilen von Aluminium, Kupfer und geringen Mengen Magnesium findet eine breite Anwendung bei der Fertigung im Zinkdruckgießprozess und hat sich in der Branche als Standardmaterial etabliert.

Bei diesem Herstellungsverfahren wird das aufgeschmolzene Metall mit hoher Geschwindigkeit und unter hohem Druck in eine zuvor angefertigte Stahlform – das Werkzeug – gepresst. Dieses Werkzeug definiert beim anschließenden Erstarren der Schmelze die Geometrie des Bauteils. Auf diese Weise können je nach Bauteilgröße zwischen einigen hundert und über tausend Bauteile pro Stunde gefertigt werden.

Hierbei stellt die Herstellung des Werkzeugs einen wesentlichen Kostentreiber dar und kann schnell mit fünf- bis sechsstelligen Beträgen zu Buche schlagen. Besonders in der Entwicklungsphase neuer Produkte, bevor die finale Bauteilgeometrie feststeht, erzeugt dies hohe Kosten. Bereits minimale Änderungen an der Geometrie erfordern eine Anpassung oder sogar die Fertigung eines neuen Werkzeugs. Aus diesem Grund wird auf den Einsatz von Prototypenwerkzeugen bei der Bauteilentwicklung vergleichsweise spät zurückgegriffen, wenn die finale Bauteilgeometrie schon zu großen Teilen feststeht. Dadurch werden Funktionsprototypen aus dem Serienmaterial erst spät verfügbar, wenn kaum noch Änderungen vorgenommen werden können. Folglich wird der Entwicklungsprozess unnötig eingeschränkt.

Durch den von Protiq entwickelten Prozess zur additiven Verarbeitung des Serienmaterials Zamak können diese Einschränkungen überwunden werden. Funktionsprototypen können im 3-D-Druck mit den Eigenschaften des späteren Serienbauteils, bereits zu Beginn der Bauteilentwicklung angefertigt werden – ohne die Notwendigkeit teurer Werkzeuge.

www.protiq.com


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pdf-Datei aus "GIESSEREI" Heft 9/2019 Seiten 48-50
© BDG, Düsseldorf
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Protiq stellt Prototypen her und bietet bereits additive Serienfertigung an. Kunden können online Anfragen stellen und Bauteile in Auftrag geben. Dabei können auch qualitätssichernde Maßnahmen ausgewählt werden, die den hohen Anforderungen der Industrie entsprechen.

FOTO: TEKA