Experteninterview: Armin Wiedenegger, voestalpine High Performance Metals GmbH

Der 3D-Metalldruck hält weiterhin Einzug in die Fertigung. Heute entwickelt sich die Technologie in einer ganzen Reihe von Branchen zunehmend zu einer effektiven Produktionslösung für hochwertige Anwendungen mit geringen Stückzahlen. Die weitere Entwicklung des 3D-Metalldrucks hängt jedoch stark von der Entwicklung neuer Materialien ab.
 
Ein Unternehmen, das die Materialentwicklung für den Metall-3D-Druck vorantreibt, ist voestalpine, eines der größten Technologieunternehmen in Europa, das auf Stahlbasis arbeitet.
 
Nach mehreren Jahren des Aufbaus seiner AM-Materialkompetenz in der Division High Performance Metals, eröffnete voestalpine im Jahr 2016 in Düsseldorf das Additive Manufacturing Center. Seitdem hat das Unternehmen seine Bemühungen mit der Eröffnung von Standorten in Taiwan, Nordamerika und Singapur weiter vorangetrieben.
 
Im unserem Experteninterview diese Woche unterhält sich AMFG mit Armin Wiedenegger, Strategie- und Geschäftsentwicklung für additive Fertigung bei der voestalpine High Performance Metals GmbH, um mehr über AM-Metallpulver, innovative Anwendungen und Erfolgsgeschichten zu erfahren.
 

Können Sie mir etwas über voestalpine erzählen?

Voestalpine ist ein globaler Technologie- und Investitionsgüterkonzern, der eine einzigartige Kombination aus Material- und Verarbeitungskompetenz bietet.
 
Wir sind ein führender Partner der Automobil- und Konsumgüterindustrie in Europa sowie der Luft- und Raumfahrt-, Öl- und Gasindustrie weltweit und bieten Produkte und Systemlösungen aus Stahl und anderen Metallen an.
 
Unsere Aktivitäten im Bereich Additive Fertigung sind Teil der Division High Performance Metals des voestalpine-Konzerns, dem Weltmarktführer für Werkzeugstahl und einem führenden Anbieter von Schnellarbeitsstahl, Ventilstahl und anderen Produkten aus Spezialstählen sowie Pulverwerkstoffen , Nickelbasislegierungen, Titan und Komponenten, die mit additiven Fertigungstechnologien hergestellt wurden.
 

Was sind die Herausforderungen bei der Entwicklung von Materialien für den Metall-3D-Druck und wie lange dauert dieser Prozess im Durchschnitt? 

Die Entwicklung von Pulvermaterialien für die Herstellung von Metalladditiven ist ein sehr zeitaufwendiger Prozess.
 
Beispielsweise kann die Entwicklung einer völlig neuen Legierung leicht zwischen 1 bis 3 Jahre dauern. Die Optimierung bestehender Legierungen zur Verbesserung der 3D-Bedruckbarkeit könnte zwar schneller erfolgen, dies erfordert jedoch ebenfalls bis zu einem Jahr an Forschung, Prüfung und Validierung. 
 
Offensichtlich sind hochwertige Metallpulver für einen erfolgreichen Metall-3D-Druck sehr wichtig. Um einheitliche Metallteile herzustellen, benötigen Sie Pulver mit dicht gepackten, kugelförmigen Metallpartikeln ähnlicher Größe.
 
Um dies zu erreichen, werden Metallpulver in einem Gaszerstäubungsverfahren sorgfältig hergestellt.
 
Bei voestalpine dauert es einige Wochen, um mit diesem Zerstäubungsverfahren Metallpulver aus einer vorhandenen Legierung herzustellen.
 

Die High Performance Metals Division verfügt über mehrere 3D-Druckzentren auf der ganzen Welt. Welche Metall-3D-Drucktechnologien setzen Sie derzeit ein?

In unseren additiven Fertigungszentren werden zwei Technologien zur Herstellung von Metalladditiven eingesetzt: Pulverbettfusion und direkte Metallabscheidung (DMD).  
 
Mit Powder Bed Fusion können wir filigranere Designs herstellen. Der Prozess ist jedoch im Vergleich zu DMD tendenziell langsamer und teurer.
 
In Bezug auf die DMD-Technologie verwenden wir Metallmaterialien sowohl in Pulver- als auch in Drahtform. Die Technologie ist zwar billiger als die Pulverbettfusion, sie ist jedoch in Bezug auf die Entwurfsmöglichkeiten weniger flexibel. 
 

Richten Sie sich an bestimmte Branchen oder Bereiche?

Unsere Hauptziele sind der Werkzeugbau sowie die Öl- und Gasmärkte, die unserer Ansicht nach stark vom 3D-Metalldruck profitieren können.
 

Können Sie uns einige Erfolgsgeschichten der voestalpine mitteilen?

Natürlich, gerne. 
 
Eine der erfolgreichen Anwendungen der Metalladditiv-Fertigung bei voestalpine sind die von uns für den Einsatz in Fahrzeugen entwickelten leichtgewichtigen Haubenscharniere. 
 
Diese, als LightHinge + bekannte Komponente wurde in Zusammenarbeit mit dem Automobilunternehmen Edag und dem Simulationssoftwareunternehmen Simufact entwickelt. 
 

In der traditionellen Fertigung ist die Herstellung von Haubenscharnieren nicht zuletzt wegen der hohen Montage- und Werkzeugkosten sehr aufwendig.
 
Zusätzlich wiegt ein solches herkömmlich hergestelltes Bauteil ungefähr 1,5 kg. Da ein Fahrzeug etwa 40 Stück benötigt, erhöht dies das Fahrzeuggewicht erheblich. 
 
Deshalb haben wir die Möglichkeiten der Tools zur Topologie Optimierung und Simulation genutzt, um das Gewicht der Komponente zu optimieren. Die erforderliche Geometrie konnte nur mit Powder Bed Fusion hergestellt werden.
 
Beim Entwerfen von Teilen für den PBF-Prozess sind in der Regel viele Unterstützungsstrukturen erforderlich, um einen erfolgreichen Druck zu ermöglichen. Stützstrukturen erzeugen jedoch viel Materialverschwendung und führen zu einer mühsamen Nachbearbeitung.
 
Stützstrukturen waren ein weiterer Bereich, den wir optimieren wollten. Die Ergebnisse waren großartig:
 
Mithilfe der Simulationssoftware von Simufact konnten wir das Volumen der Stützstrukturen von über der Hälfte des Gesamtgewichts des Teils auf unter 18% reduzieren. Darüber hinaus konnten wir durch Optimierungstechniken den Zeit- und Arbeitsaufwand zum Entfernen der Stützen während der Nachbearbeitungsphase minimieren.
 
Letztendlich konnten wir eine Gewichtsersparnis von 50% gegenüber einem Bauteil aus Blech erzielen. 
 

Wie sehen Sie den aktuellen Stand der additiven Fertigung und wie sehen Sie dessen Entwicklung? 

Wir stellen zunehmend fest, dass die additive Fertigung von der Einzelstückfertigung zur Serienfertigung übergeht. Dies bedeutet die wachsende Anerkennung der Technologie als Fertigungslösung. 
 

Welche Herausforderungen müssen noch bewältigt werden, um die Einführung des 3D-Metalldrucks zu beschleunigen?

Auf dem Weg zu einer produktionsfähigen Technologie steht AM noch vor mehreren Herausforderungen.
 
Erstens müssen die Produktionsgeschwindigkeiten verbessert werden.
 
Zweitens müssen die Ausrüstungskosten gesenkt werden, um die Technologie für breitere Märkte freizuschalten.
 
Schließlich muss die AM-Wertschöpfungskette stärker konsolidiert werden, um eine breitere Akzeptanz des 3D-Metalldrucks zu erreichen. Dies beinhaltet die Integration verschiedener Softwarelösungen von der Konstruktion über die Fertigung bis hin zum Management sowie die Optimierung der Nachbearbeitung. 
 
Weitere Informationen zur voestalpine High Performance Metals Division finden Sie unter: https://www.voestalpine.com/highperformancemetals/en/