Ohne Modell schneller zum Gussteil: was ist 3D-Sanddruck?

Der 3D-Sanddruck ist in aller Munde. Er kombiniert das traditionelle Abgießen von Sandformen mit der direkten additiven Herstellung der Formen im 3D-Drucker. Ganz ohne Modell.

Dadurch können insbesondere Kleinserien viel schneller, effizienter, ressourcenschonender und oft auch schlichtweg besser gegossen werden.

Für Gießereien eröffnet dies den Weg in eine neue Zukunft. Allen, die Metall verbauen, gibt es die Möglichkeit, eine ganz neue Seite am Guss zu entdecken.

„Printed Casting“: Form drucken, statt Bauteil

Das Prinzip und die Vorteile des 3D-Drucks muss man heute niemandem mehr erklären. Die Technologie wird schon lange nicht mehr nur mit Prototypen und unkritischen Einzelstücken in Verbindung gebracht. Auch Hochleistungsbauteile aus Metall werden heute routinemäßig additiv hergestellt. Das ist allerdings weiterhin nur für kleinere Stückzahlen wirtschaftlich. Eine der spannendsten Entwicklungen im 3D-Druck ist daher der Vormarsch hybrider Fertigungsverfahren , die die Vorteile traditioneller und additiver Methoden kombinieren. Das kann zum einen in hybriden Endprodukten resultieren oder einfach traditionelle Verfahren durch den strategischen Einsatz von 3D-Druck verbessern. Der 3D-Sanddruck macht das letztere. Durch das direkte Drucken von Gießformen in gebundenem Sand, fällt der teure und langsame vorgeschaltete Modellbauprozess komplett weg. Der Sanddrucker steht entweder direkt in einer Gießerei oder bei einem Dienstleister, der „on Demand“ Formen druckt, die an einem anderen Ort abgegossen werden.

Ab in die Job Box

Die gängigen 3D-Sanddrucker verfügen über einen Druckbereich, die „Job Box“ mit einem Bauvolumen von 150 bis zu 8000 Liter und einer Länge (in der Regel die größte Dimension) von knapp unter einem bis zu 4m. In diesen Bauraum können entweder einzelne große Formen und Kerne oder dicht gepackt viele kleinere Formen gedruckt werden. Dazu wird die CAD-Datei des zu gießenden Werkstücks hochgeladen, um Form und Kerne für den 3D-Sanddruck optimiert zu designen. Die Druckdatei wird dann, gegebenenfalls zusammen mit anderen Teilen, in das Bauvolumen eingepasst, um eine maximale Auslastung zu gewährleisten. Das Druckverfahren selbst ist ein Binder-Jetting-Verfahren, also das originale 3D-Druckprinzip, in dem ähnlich einem Tintenstrahldrucker ein Bindemittel selektiv auf eine Fläche aufgetragen wird. Diese Fläche ist eine Schicht aus einem Pulver (oder eben auch Sand), die mit dem Bindemittelstrahl gebunden wird. So entsteht schichtweise ein Werkstück, Werkzeug oder eine Form – aus dem Pulver- oder Sandbett.

Präzise Formen, bewährter Guss

Verschiedene Sande und Bindemittel mit jeweils spezifischen Eigenschaften und Vorteilen sind für den 3D-Sanddruck verfügbar (und haben sich bewährt). Nach dem Druck werden die Formen und Kerne vom ungebundenen Sand befreit und für den Abguss zusammengesetzt und vorbereitet. Sie werden dann ganz genau wie traditionell erstellte Sandformen abgegossen und sind in ihren mechanischen Eigenschaften nicht von den anderen Gussteilen zu unterscheiden. 3D-Sanddrucker haben eine maximale theoretische „Auflösung“ (zum Beispiel 600dpi). Die tatsächliche Auflösung hängt von weiteren Faktoren ab. In der Regel sind aufgrund dieser hohen Auflösung mit Sanddruckverfahren eine größere Präzision und Dimensionstreue der Formen erreichbar, als mit traditionellen Modellen möglich wäre. Die üblichen Vorteile der additiven Fertigung gelten auch beim Sanddruck: hohe Designfreiheit, eine kurze Zeit zum ersten Bauteil, Kosteneinsparungen beim Tooling und ein größtenteils digitaler Prozess.