Stratasys Blog

Werkzeugkosten für Hubschrauberrotorblattprototyp durch 3D-gedruckte lösliche Kerne von Stratasys um 70 Prozent reduziert

Seit über 30 Jahren arbeitet Automated Dynamics mit seinen Kunden an innovativen Komponenten aus Verbundwerkstoffen. Dabei kamen leistungsfähige Automatisierungslösungen zum Einsatz, die den besonders hohen Ansprüchen von Spitzenherstellern aus der Luft- und Raumfahrttechnik und der Automobil-, Verteidigungs- und Erdölindustrie gerecht wurden. Bei der Herstellung robuster Verbundwerkstoff-Prototypen für Hubschrauberrotorblätter setzte das Konstruktionsteam auf eine Anwendung mit 3D-gedruckten löslichen Kernen und die Stratasys 3D-Drucktechnologie FDM (Fused Deposition Modeling). Mit diesem Verfahren konnten die Werkzeugkosten um 60-70 Prozent gesenkt werden.

Kurzdarstellung:

  • Verlorene Kerne, die normalerweise aus Keramik oder Metall hergestellt werden, sind mit sehr hohen Werkzeugkosten verbunden.
  • Dank der Anwendung 3D-gedruckter, löslicher Kerne konnten robuste Hubschrauberrotorblattprototypen aus Verbundwerkstoff hergestellt werden, bei 60-70 Prozent geringeren Werkzeugkosten.
  • Additive Fertigung ermöglicht bisher unerreichte Dimensionen bezüglich der Komplexität

Laut Ralph Marcario, Vizepräsident von Vertrieb und Marketing bei Automated Dynamics, musste das Ingenieursteam feststellen, dass herkömmliche verlorene Kerne aus Keramik oder Metall extrem hohe Werkzeugkosten verursachten. Zudem waren sie nicht in der Lage, die Komplexität zu erreichen, die mit additiven Fertigungsverfahren möglich ist.  Als nun ein wichtiger Kunde aus der Luft- und Raumfahrtindustrie einen Eilauftrag über ein etwa 1,2 m langes Hubschrauberrotorblatt einreichte, entschieden sich die Konstrukteure bei Automated Dynamics für FDM und lösliche Kerne.

soluble cores automated dynamics
Automated Dynamics verwendet lösliche Kerne (braun, im Hintergrund), die mit FDM gefertigt wurden, um ein 1,2 m langes Hubschrauberrotorblatt herzustellen. Dabei wurden die Werkzeugkosten um 60-70 Prozent reduziert.

Zur Funktionsweise

Der langwierige, mehrstufige Prozess mit verlorenen Kernen benötigt häufig zwei Halbteile, die später zusammengefügt werden müssen. Mit dem Ergebnis, dass die Bauteile weniger stabil, die benutzten Geometrien limitiert und die Produktionsvorlaufzeiten sehr lang sind. Im Gegensatz dazu erlauben die löslichen Kerne von Stratasys die Herstellung komplexer Bauteile in weniger Zeit, mit geringen Nebenkosten oder aggressiven Entfernungsprozessen. Im Gegensatz zum üblichen 3D-Druck werden hier die Materialien vertauscht. Das Stützmodell wird aus dem thermoplastischen Material und der Kern aus dem löslichen, abtrennbaren Stützmaterial 3D-gedruckt. Danach wird das Stützmodell aus Thermoplast entfernt und der gewünschte Verbundwerkstoff wird um das lösliche Teil gelegt, ausgehärtet und in ein Wasserbad gelegt, um den Kern aufzulösen.

Das Werkzeug für das Hubschrauberrotorblatt wurde vom Stratasys-Vertriebspartner CADimensions auf einem Fortus 400mc 3D-Produktionssystem hergestellt. Aufgrund seiner Beständigkeit unter Hochtemperaturbedingungen (bis zu 120 °C) während des Aushärtungsprozesses kam das lösliche Stützmaterial SR-100 zum Einsatz. Stratasys Direct Manufacturing, ein Unternehmensbereich von Stratasys und eines der führenden Servicebüros für additive Fertigung, löste in einem 24 Stunden dauernden Vorgang den Kern des Verbundwerkstoffelements auf. Insgesamt hat das FDM-Verfahren mit den löslichen Kernen die Werkzeugherstellung im Vergleich zum Metallwerkzeug um 5-6 Wochen beschleunigt.

„Die Herstellung von Metallwerkzeugen benötigt nicht selten eine aufwändige Entwurfsphase. Die Werkzeugherstellung mit FDM kommt hingegen mit wesentlich weniger Arbeitsaufwand aus“, sagt John Michasiow, Ingenieur im Maschinenbau-Design und zuständiger Projektmanager im Auftrag von Automated Dynamics. „In einigen Fällen können Metallwerkzeuge gar nicht eingesetzt werden. Unsere Werkzeugherstellungskosten haben sich schätzungsweise um mindestens 60-70 Prozent verringert.“

3D-Druck hat die Denk- und Arbeitsweise vieler Industriesparten radikal verändert. Im Falle von Automated Dynamics haben additive Fertigungsverfahren wie lösliche Kerne mit FDM dem Unternehmen ermöglicht, neue komplexe Herausforderungen anzunehmen und schneller mit Ergebnissen aufzuwarten.

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Carrie Wyman

Carrie Wyman

Carrie is a technology and 3D printing enthusiast, with a passion for beautiful design.

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