24

� AUS DER PRAXIS

ADDITIVE FERTIGUNG 2/2015

Ventilblock im LeichtbauAuch im hohen Norden wird eifrig daran gearbeitet, Bauteile zu optimieren und dafür auch die Möglichkeiten der Additiven Fertigung in der Herstellung zu nutzen. Das VTT-Technical Research Center of Finland Ltd. nutzt eine SLM® 125 HL von SLM-Solutions, um Entwicklungen Realität werden zu lassen.

Autor: Georg Schöpf / x-technik

Durch die Optimierung des Ventilblocks und additiver Herstellung mit einer SLM® 125 HL von SLM-Solutions konnte das Gewicht eines Ventilblocks aus H 13 um 74 % gegenüber dem Originalteil reduziert werden. Das fertig optimierte Teil wiegt nur mehr 600 g.

die Optimer SLM®

blocks aun. Das fe

Durch mit einVentilbwerden

� AUS DER PRAXIS

25www.additive-fertigung.at

A usgangssituation war ein Ventil-block aus H 13 (1.2344) Werk-zeugstahl, wie sie von der Firma

Nurmi Cylinders vor allem für Kräne zur Ansteuerung von Hydraulikzylindern eingesetzt werden. Das Bauteil hatte vor der Optimierung ein Gewicht von 2,5 kg. In der konventionellen Herstel-lung waren zusätzliche Hilfsbohrungen erforderlich, die im Anschluss teilweise wieder mit Stopfen abgedichtet werden mussten und dadurch immer die Gefahr von Leckagen bargen.

„Ziel war es, den Ventilblock möglichst leicht zu machen, ohne an Festigkeit

zu verlieren. Rahmenbedingung für die Optimierung war ein Arbeitsdruck von 300 bar an Hydraulikflüssigkeit, dem das Ventil unter maritimen Bedingun-gen standhalten muss“, beschreibt Pasi

Puukko, Research Team Leader bei VTT, die Aufgabenstellung. „Da wir durch unsere Lasersintermaschine in der Pro-duktion auf die Möglichkeiten der Ad-ditiven Fertigung zurückgreifen

Der Optimierungsprozess von der Ursprungsgeometrie bis zur Simulation des fertig optimierten Bauteils.

SLM® 125 HL

Anlagenparameter

� Bauraum (x/y/z): 125 x 125 x 75 (125) mm

� Laserleistung: 400 W, Yb-Faser-Laser

� Baugeschwindigkeit: 25 ccm/h � Praktische Schichtdicke:

20μm – 75μm � Min. Spurbreite / Wandstärke:

140 – 160 μm � Operativer Strahlfocus frei wählbar: 60/70 – 90 μm � Belichtungsgeschwindigkeit: 10 m/s

Das wirtschaftliche System mit den kompakten Abmaßen ist für schnelle Ergebnisse im F+E-Bereich sowie für die Produktion kleinerer Bauteile ausgelegt. Zusätzlich bietet die SLM® 125 HL eine Bauraumreduzierung auf 50 x 50 x 50 mm. Damit kön-nen kleinere Teile mit nur 20 % der Pulvermenge erstellt wer-den. Die patentierte, bidirektionale Beschichtungssteuerung gewährleistet eine hohe Baurate.

r

L

“Mit der SLM 125 HL, die wir jetzt seit gut einem Jahr einsetzen, können wir optimierte Bauteile schnell und in hervorragender Qualität herstellen. Eine Nachbearbeitung ist oftmals überhaupt nicht mehr nötig.

Pasi Puukko, Research Team Leader bei VTT

�

26

� AUS DER PRAXIS

ADDITIVE FERTIGUNG 2/2015

können, hatten wir bei der Optimierung volle Designfreiheit“, so Puukko weiter. VTT setzt in der Additiven Fertigung von Komponenten auf Laserschmelzsyste-me der deutschen SLM-Solutions Group AG, die in Österreich von der MostTech Technologie Agentur vertreten wird.

Mehrere Durchgänge erforderlich

Um zu einem tragfähigen Ergebnis zu kommen, wurde für die Optimierung auf die Simulationssoftware OptiStruct von Altair zurückgegriffen. Dazu wurde ein 3D-Modell des ursprünglichen Ven-tilblockes in die Software eingelesen. Danach wurden sämtliche Rahmenbe-dingungen definiert. Diese enthielten neben Vorgaben für den Bauraum auch Informationen über die anliegenden Drücke, etwaige mechanische Belastun-gen (Anm: Lasten von Verschraubun-gen, Auflagelasten etc.), Materialbedin-gungen sowie Sicherheitsfaktoren.

„Die Software generiert ein Berech-nungsnetz, das als Grundlage für die Optimierung fungiert. In einem ersten Durchgang wurden die Außengeome-trien reduziert. Eine anschließende Glättung der Geometrien verringerte die Flächenzahlen. Hierfür wurde, als Zwischenschritt für das remeshing, 3-maticSTL von Materialise verwendet. Diese Software bietet auch gleichzeitig die Möglichkeit, das Modell auf Flä-

chenintegrität zu überprüfen, was für den späteren Bauprozess sehr wichtig ist. In weiteren Design-Durchgängen wurden die Ventilkanäle auf der Basis definierter Vorgaben hinsichtlich Winkel und Querschnitt angepasst“, beschreibt der Teamleiter den Gesamtvorgang de-tailliert.

Fertigungsvorbereitung

Um den vorgegebenen Drücken stand-halten zu können, sind bei dem vorlie-genden Ventilblock die Anschlüsse ent-sprechend massiv ausgeführt. Dadurch entsteht im Bauprozess im SLM-Verfah-ren die Gefahr, dass diese im Pulverbett absinken, oder das Modell im Pulver-bett kippt. Deshalb war das Anbringen von Supportgeometrien notwendig. Die Definition der Stützgeometrien wurde schließlich in einem letzten Durchgang mithilfe von Magics RP von Materialise vorgenommen.

Beachtliches Ergebnis

„Durch die Optimierung des Ventilblocks konnte dessen Gewicht um 74 % gegen-über dem Originalteil reduziert werden. Das fertig optimierte Teil wiegt nur mehr 600 g. Durch die Verwendung eines al-ternativen Materials könnte sogar noch eine zusätzliche Gewichtsreduktion er-zielt werden. Außerdem gelang es durch geringfügige Anpassungen der internen

Kanäle, das Fließverhalten im Ventil-block zu verbessern. Das fertige Teil beinhaltet bereits sämtliche Hydraulik-kanäle und Befestigungslöcher. Zusätz-liche Bohrungen sind jetzt nicht mehr erforderlich. In der Nachbearbeitung des Ventilblocks mussten nur noch die Flanschflächen überarbeitet werden“, fasst Puukko den Projekterfolg abschlie-ßend zusammen.

� www.slm-solutions.com Messe formnext: Halle 3.1, Stand G50

Anwender

Die VTT Technical Research Center of Finland Ltd. ist ein Forschungs- und Technologie-unternehmen mit Sitz in Espoo in Südfinnland. Seit 73 Jahren ent-wickelt das Unternehmen neue und innovative Technologien und Lösungen für Kunden und Part-ner im privaten und öffentlichen Sektor. Dabei baut der staats-nahe Betrieb auf enge nationale und internationale Netzwerke und die intensive Zusammenar-beit mit Kooperationspartnern aus der Industrie.

VTT Technical Research Center of Finland Ltd.Vuorimiehentie 3 FI-02044 EspooTel. +358 20-722-111www.vtt.fi

Die Supports und deren Ansatzpunkte werden so ausgeführt, dass sie leicht entfernt werden können.

Die Magics RP Software ermittelt die Bereiche, für die Supportstrukturen erforderlich sind.