Neue Entwicklungen in der Gussteilfertigung und -beschaffung machen Guss als Werkstoff und Verfahren für mehr Anwendungen attraktiv. Super! Diese neuen Entwicklungen für alle schnell zugänglich zu machen, dafür steht CASTFAST. Mehr Auswahl, mehr Möglichkeiten, neue Technologien – das kann es ab und zu schwerer machen, schnell die optimale Lösung für ein Projekt zu finden.
Wenn wirtschaftliche, technische, praktische und terminliche Gründe in die Entscheidung mit hineinspielen, wie wägt man ab? Die Antwort: Techno-ökonomische Analyse. Die hat das CASTFAST-Team für alle Eventualitäten der Gussteilfertigung verfeinert und in den Dienst unserer Kunden gestellt. Ob intensiv als Projekt oder nur mal schnell, damit es weitergehen kann. Hier eine kurze Einführung.
Es ist ganz schön was los in der Gießerei. Neue Verfahren, Anbieter und Werkstoffe geben Konstrukteuren und Anwendern ständig neue Möglichkeiten an die Hand. Insbesondere in den letzten Jahren hat sich viel getan. Die Möglichkeiten des 3D-Drucks wurden für Guss urbar gemacht, Digitalisierung und Vernetzung schlängeln sich durch Gießereien und Lieferketten. So viel mehr ist möglich, soviel mehr ist zugänglich, soviel mehr ist wirtschaftlich!
Mit Hilfe einer techno-ökonomischen Analyse, die systematisch alle relevanten Möglichkeiten und Stellschrauben erfasst und mit der sich anhand von Präferenzen, Zielen und Randbedingungen die bestmögliche Lösung für ein Projekt finden lässt. In seiner einfachsten Form ist das ein Entscheidungsbaum, der Machbarkeit, Wirtschaftlichkeit und technische Vor- und Nachteile systematisch durchspielt.
Der heilige Gral: ein datengestütztes, ständig mit dem neusten Stand der Technik (und Wirtschaft) aktualisiertes Computermodell, das in kürzester Zeit den besten Weg aufzeigt. Je vollständiger das Modell, desto genauer ist der wirtschaftliche Vorteil quantifizierbar. Je schneller, desto geringer die Entscheidungskosten.
Bei CASTFAST bauen wir stetig an diesem Modell. Unsere Datenbasis ist mittlerweile breit (das heißt, es umfasst viele verschiedene Lieferanten und Verfahren) und tief (das heißt es bezieht tiefes technisches Knowhow mit ein). Unsere (gieß-)techno-ökonomische Analyse und Beratung wenden wir täglich an, um Kunden neue oder schlicht optimale Wege rund um den Werkstoff Guss aufzuzeigen (besteht direkt Bedarf? Dann einfach hier anfragen).
Welche Fragen stellt die Analyse? Hier zeigen wir kurz in groben Zügen, wie die vielen Faktoren systematisch abgewogen werden und an welchen Stellschrauben der Kunde drehen kann.
Im ersten Schritt schauen wir uns das Teil an und fragen: geht Guss überhaupt? Prinzipiell ist die Antwort fast immer ja.
Technische Grenzen setzt eigentlich nur die Größe der Grube, in die man gießen kann (Schiffskörper nein, Schiffsmotor ja) und die Wandstärke. Das Material muss fließen können, um die Form auszufüllen. Bei zu dünnen Wandstärken erstarrt die Schmelze zu früh und blockiert die Form. Dank Druckguss und Feinguss liegt die Grenze des Möglichen hier aber mittlerweile unter 1 mm Wandstärke.
Wenn Guss geht, dann stellt sich die Frage, ob es wahrscheinlich ist, dass es gegenüber den Alternativen vorteilhaft ist. Vorteile des Gießens liegen in den Möglichkeiten der Funktionsintegration und dem Einsatz des Werkstoffs Guss. Statt verschiedene funktionale Komponenten zusammenzufügen können sie direkt „aus einem Guss“ gefertigt werden. Den Werkstoff Guss (mit seinen spezifischen Eigenschaften – etwa der Schwingungsdämpfung) kann man nur durch Guss erzeugen. Man kann zwar einen Block gießen und davon runterfräsen, aber man kann das Gefüge, das etwa den Lamellengrafit ausmacht, nicht einfach im Metall-3D-Drucker drucken.
Ganz gleich, ob ein Teil ursprünglich als Schweiß-, Fräs-, oder Direktdruck-Teil konstruiert wurde – wir lassen es die gleichen Prüfungen durchlaufen wie wir es bei einem Teil machen würden, beim dem schon entschieden wurde, das es als Gussteil hergestellt werden soll. Wir schauen auf: Abmessungen, Gewicht, Wandstärken, Komplexität, Werkstoff und eine ganze Reihe weiterer geometrischer Parameter und Verhältniszahlen..
Vor allem bei hohen Ergebnissen für die „Komplexitätsprüfung“ kann Guss eine gute Alternative sein (die oben erwähnte Funktionsintegration ist möglich, weil Guss Komplexität liebt).
Was heißt Komplexität für uns? Runtergebrochen ist es wie verwinkelt und „hohl“ ein Bauteil ist. Ein Gehäuse ist komplexer als eine Platte. Viel Oberfläche auf wenig Ist-Volumen bei gleichen Abmessungen ist schwerer herzustellen. Mit Schweißen geht das mit (sprichwörtlichem) Verbiegen noch, aber mit Fräsen wird es schnell sehr kompliziert (etwa im Hinblick auf die benötigten Werkzeuge). Fräsen ist zwar häufig die schnellste Methode (bei kleinen Stückzahlen), hat aber seine Grenzen – zum Beispiel wenn das Spanvolumen im Vergleich zum Bauteilvolumen sehr hoch ist, also ein unverhältnismäßig hoher Anteil weggefräst wird. Guss ist in der Formgebung deutlich freier. Mit den neueren Gießverfahren, etwa neueren Varianten des Vollformgusses und dem 3D-Sanddruck, sind neue Freiheitsgrade dazugekommen, die den Bereich des Gießbaren zusätzlich erweitert haben.
Für all die erwähnten Faktoren bauen wir nebenbei Koeffizienten und Formeln auf, die bald Abschnitte der Analyse automatisieren werden, damit sich unsere sehr gefragten Gussexperten auf die echten Knackpunkte konzentrieren können und wir schneller mehr Optionen durchspielen können. Neben den technischen Machbarkeitsaspekten kommen im nächsten Schritt wirtschaftliche und praktische Aspekte ins Spiel.
Wenn Guss geht und Vorteile bietet, welches Verfahren ist das Beste für das gegebene Projekt? Die Antwort hängt nicht nur von Wirtschaftlichkeitskalkulationen ab, sondern auch von Kundenpräferenzen und Randbedingungen wie etwa Spielraum bei Werkstoff und Bauteildesign, Termindruck, Nachhaltigkeitserwägungen. All das kann in die Analyse einbezogen werden. Zunächst aber zurück zu technischen Erwägungen.
Aktuell werden die meisten unserer Anfragen im Sandguss bearbeitet. Wieso Sandguss? Weil er die größte Bandbreite in Hinblick auf Größen und Geschwindigkeiten bietet.
Innerhalb des Sanddruckes gibt es eine Auswahl an Verfahren, die filigrane Bauteile (3D-Sanddruck) oder größere Bauteile (Spezialverfahren mit Schaumstoffmodell) sehr schnell herstellen können.
Wo unterscheiden sich 3D-Sanddruck und Schaumstoffmodell? Ganz klar: Komplexität und Wandstärke. Je höher die Komplexität und je geringer die Wandstärke, desto mehr ist man im Bereich 3D-Sanddruck, der in der Regel teurer ist als das Schaumstoffverfahren. Schaumstoffmodelle eignen sich perfekt für geringere Komplexitäten – Stichwort Platte. Aber auch im Schaumstoffmodell kann man gut große, komplexe Bauteile über 1.500 mm x 800 mm x 800 mm herstellen.
Grob ist der Sprung zwischen Schaumstoff und Sanddruckform bei uns im Eisen bei 25 mm Wandstärke. Es gibt natürlich noch mehr Feinheiten, die sich aus der Geometrieanalyse im Zusammenspiel mit anderen Faktoren ergeben. In extremen Fällen, wenn Präzision und höhere Stückzahlen benötigt werden, kann man auf Verfahren mit Dauermodell übergehen. Dafür muss man aber ein Holzmodell bauen, was allein so lange dauert wie die gesamte Prozesskette im 3D-Sanddruck.
Je nachdem, in welchem Lebensstadium sich das Teil befindet, können die Vorteile eines bestimmten Verfahrens noch weiter ausgeschöpft werden:
All das sind Fragen, die wir routinemäßig Kunden stellen, um so „Vorurteile“ aus dem Entscheidungsprozess zu eliminieren.
Welche weiteren Faktoren können ins Gewicht fallen? Beim Timing kann mitunter extremes Finetuning betrieben werden – sowohl bei der Planung/Konstruktion als auch „hintenraus“ bei der Bearbeitung. Ein Teil kann sich beim Erstarren in alle Richtungen verziehen – im Rahmen der Toleranz DCTG natürlich – und das muss bei der Planung kompensiert werden.
Kompensation bedeutet aber mehr Material in den meisten Fällen, das bedeutet Zeit beim Bearbeiten und Gewicht beim späteren Einsatz. Will man das? Für Prototypen heißt es oft: nein, die Zeit will man sich sparen. In der Serie später: nein, die Kosten der Bearbeitung möchte ich mir sparen.
Ein präziseres Verfahren reduziert beides, kostet aber meist mehr. Dank (gieß-)techno-ökonomischer Analyse kann die Marge zwischen Kosteneinsparung durch Präzision und Aufpreis für Präzision optimiert werden – oder technische Anpassungen vorgenommen werden, die ein günstigeres Verfahren und Präzision dort fokussieren, wo sie notwendig ist.
Techno-ökonomische Analyse ermöglicht Guss-Finetuning vom Feinsten. Die Entscheidungsfindung wird immer schneller und immer besser werden.
Daten aus erfolgreichen Projekten reichern das Ganze mit wertvollem Praxis-Knowhow an. Umkipppunkte und Nutzschwellen ändern sich ständig. Was sich gestern nicht gerechnet hat, eröffnet morgen vielleicht neue Möglichkeiten. Deshalb reichern wir unsere Modelle zur Evaluation des jeweils besten Pfades immer weiter an – unter ständiger Integration neuer Technologien. Und dann? Dann wird automatisiert, um an mehr Stellschrauben gleichzeitig zu drehen und schneller und kosteneffizienter die richtige Antwort zu erhalten.
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