Das Fertigungsverfahren des Zinkdruckgießens zur Produktion von Metallbauteilen findet breite Anwendung in der Industrie. Dabei hat sich die Zinklegierung Zamak als eines der Standardmaterialien etabliert. Die aus Zamak hergestellten Bauteile kommen in allen Bereichen des täglichen Lebens ebenso wie im industriellen Umfeld zum Einsatz, z.B. Interieurelemente im Automobil, Metallgehäuse von Elektroniksteckverbindern oder Beschläge in der Möbelindustrie.
Beim Zinkdruckgießen wird das geschmolzene Material mit hohem Druck in eine speziell angefertigte Stahlform gepresst. Diese Urform – das Werkzeug – gibt die Geometrie des Bauteils vor und stellt den größten finanziellen Aufwand bei der Produktion dar. Das Zinkdruckgussverfahren zielt deshalb auf die Herstellung möglichst großer Stückzahlen ab, um die hohen Werkzeugkosten auf bestenfalls viele gefertigte Artikel umlegen zu können. Werden kleinere Losgrößen benötigt (für Sonderartikel oder Prototypen), machen die hohen Initialkosten des Werkzeugs das Verfahren schnell sehr teuer. Hier schafft Protiq mit der additiven Verarbeitung von Zamak Abhilfe.
Laserschmelzprozess weiterentwickelt
Das Fertigungsverfahren der Blomberger basiert auf dem bekannten selektiven Laserschmelzprozess, wurde jedoch weiterentwickelt und verändert. Gemein haben beide Prozesse, dass die Bauteile Schicht für Schicht aus feinem Metallpulver aufgebaut werden. Das aus der Zamak-Legierung bestehende Pulver wird dabei von einem Laserstrahl präzise aufgeschmolzen und zum gewünschten Körper verschweißt. Die Form des Bauteils definiert sich ausschließlich aus den digitalen 3D-CAD-Daten – so entfallen die teuren Formwerkzeuge. Durch diese werkzeuglose Produktion erweist sich die additive Herstellung bereits bei Einzelteilen und geringen Stückzahlen als wirtschaftlich.
Individuelle Teile in Serie
Durch die Kombination der Vorteile einer unmittelbaren schnellen Produktion mit der neuen Geometriefreiheit des 3D-Drucks ergibt sich die Chance, kundenindividuelle Bauteile in Serie herzustellen. Im Rahmen der additiven Fertigung lassen sich z.B. Beschriftungen oder ein integriertes Kundenlogo frei definieren und direkt im produzierten Bauteil umsetzen.
Das bedeutet allerdings nicht, dass sich der von Protiq konzipierte Prozess lediglich für kleine Stückzahlen eignet. Seit der Markteinführung im Jahr 2018 wurde das Verfahren kontinuierlich verbessert, sodass der Dienstleister nun ebenfalls eine direkte Serienproduktion anbieten kann. Die möglichen Stückzahlen umfassen einige tausend Bauteile pro Jahr; bei kleineren Artikeln sind sogar fünfstellige Jahresmengen möglich.
Mehrere Einsparpotenziale
Darüber hinaus erlaubt die additive Nutzung des Serienmaterials Zamak 5 den Übergang im Produktlebenszyklus von einem Herstellungsverfahren auf das andere. So werden die Vorteile aus beiden Welten optimal ausgeschöpft. Die werkzeuglose Fertigung gestattet beispielsweise die kostengünstige Produktion einer Vorserie: Damit lässt sich u.a. die Akzeptanz neuer Produkte am Markt erproben, bevor die hohe Investition in ein teures Zinkdruckguss-Werkzeug getätigt wird. Erweist sich das Produkt als erfolgreich und steigt der Bedarf, kann der Anwender anschließend auf ein Druckguss-Bauteil wechseln.
>>3D-Druck-Serienproduktion mit exzellenter Qualität<<
Ein ähnliches Potenzial entwickelt sich aus selten benötigten Ersatzteilen, für die langfristige Lieferantenverpflichtungen bestehen. Hier erzeugen die Zinkdruckguss-Werkzeuge hohe Einlagerungskosten. Spätestens wenn sie verschlissen sind und aufwendig überarbeitet werden müssen, lohnt sich die Herstellung der Ersatzteile im 3D-Druck – ganz nach dem Motto Print on Demand. Auf diese Weise lassen sich Lagerkosten einsparen und der Logistikaufwand sinkt auf ein Minimum.
Fertigbearbeitung der gedruckten Bauteile
Bei der additiven Herstellung von Druckguss-Bauteilen gilt es, die gewohnte Qualität der konventionellen Prozesse beizubehalten. Vor diesem Hintergrund ist der Einsatz des gleichen Serienwerkstoffs wie im Zinkdruckgießen entscheidend. Die Genauigkeit des 3D-Druck-Prozesses beträgt ±0,1mm mit einer minimalen Wanddicke respektive Detailabbildung von 0,4mm. Die Bauteildichte beläuft sich auf mehr als 95 Prozent.
An dieser Stelle wird deutlich, dass die übliche Genauigkeit des Zinkdruckgießens von bis zu ±0,02mm durch den rein additiven Fertigungsprozess nicht erreicht werden kann. Gleiches gilt bei einem Vergleich der Oberflächengüte. Sind Druckguss-Bauteile in aller Regel eher glatt, gestaltet sich die Oberfläche bei additiv im SLM-Verfahren produzierten Teilen matt und leicht rau.
Die additive Serienfertigung von Zinkbauteilen bei Protiq versteht sich daher als eine Kette von Prozessen, in welcher der 3D-Druck nur eines von mehreren Gliedern ist. Bei den nachgelagerten Bearbeitungsschritten der Bauteile kann es sich etwa um das Nachschneiden eng tolerierter Funktionsflächen oder das Einbringen von Gewindegängen durch automatisiertes CNC-Fräsen handeln. Die additiv hergestellten Bauteile lassen sich ferner ausgezeichnet schleifen, polieren und galvanisch beschichten. So wird die Oberflächenqualität der des Druckgusses angeglichen oder eine edle Hochglanzoptik geschaffen.
