Foto: H.P. Kaysser

Auszeichnung

Thin-King für 3D-gedruckte Spannvorrichtung

Der Thin-King im Oktober geht an 3D-gedruckte Spannvorrichtung von H.P. Kaysser, die komplexe Blechbauteile ermöglicht, die weniger Nacharbeit erfordern.

Mit dem Thin-King Award wird im Oktober 2020 ein „Möglichmacher“ für den Leichtbau ausgezeichnet: Die additiv gefertigte Aufnahme und Spannvorrichtung für das Laserschweißen beschleunigt die Time-to-Market für Blechbauteile merklich. Dank der 3D-gedruckten passgenauen Spannvorrichtung kann H.P. Kaysser per Roboter sauber lasergeschweißte und komplexere Blechbauteile in niedrigeren Stückzahlen anbieten, die weniger Nacharbeit erfordern. 

ThingKing gibt innovativen Produkten eine Plattform

Die Landesagentur für Leichtbau Baden-Württemberg präsentiert diese Innovation mit ihrem Thin-King im Oktober 2020. Mit diesem Label gibt die Leichtbau BW GmbH monatlich innovativen Produkten oder Dienstleistungen im Leichtbau aus Baden-Württemberg eine Plattform. Ein Beispiel dafür ist die mit dem Thin-King Award Oktober ausgezeichnete Laserschweißvorrichtung, die bedarfsgerecht von H.P. Kaysser konstruiert und in Edelstahl 1.4404 3D gedruckt wurde. „Wir nutzen den Metall-3D-Druck, um langfristige Fertigungslösungen zu generieren, denn die additive Fertigung ergänzt die Prozesskette für lasergeschweißte Blechbauteile hervorragend und eröffnet unseren Kunden und uns viele neue Lösungsmöglichkeiten für kniffelige Aufgaben“, erklärt Tobias Scheffel aus dem Vertrieb der H.P. Kaysser GmbH + Co. KG. Der hauseigene Vorrichtungsbau des Unternehmens fertigt Vorrichtungen für Laserschweiß- und auch Zerspanungsanwendungen für kundenspezifische Bauteile. Normalerweise werden diese Vorrichtungen aus dem Vollen gefräst. Dabei sind der Geometrie aber Grenzen gesetzt. 

Funktionsintegration verkürzt Prozesskette

Doch gerade im Leichtbau, der neues Denken und damit auch häufig ein komplexes Bauteildesign verlangt, sind für herausfordernde Blechanwendungen immer wieder individuelle Spannkonzepte notwendig. Mit einem hochmodernen Trumpf 3D-Druck-Maschinenpark kann die H.P. Kaysser GmbH dafür komplexe Vorrichtungen in kürzester Zeit nach eigenen Vorstellungen herstellen. So wurde auch die für den Leichtbau charakteristische Funktionsintegration bei der Laserschweißvorrichtung umgesetzt – obwohl das Bauteilgewicht nicht ausschlaggebend ist, da die Vorrichtung auf einem Dreh-Kipptisch montiert wird. Integriert wurden innere Begasungszuleitungen, die das Schutzgas individuell an die Laserschweißnaht führen. Die Qualität der Fügenaht wird beim Laserschweißen auf diese Weise deutlich verbessert. In der Folge entfällt ein Prozessschritt in der Herstellung des Blechbauteils, weil die Schweißnaht im Nachgang nicht mehr bearbeitet werden muss. 

Projekte lassen sich deutlich beschleunigen

Durch den 3D-Metalldruck für den Vorrichtungsbau gewinnt einerseits die H.P. Kaysser GmbH selbst – dank hausinterner Konstruktion und zeitnaher Fertigung (24/7) – enorm an Geschwindigkeit für die häufig wechselnden Projekte. Denn dank der passgenauen additiven Fertigung können die iterativen Optimierungen für konventionell gefertigte Spannvorrichtungen entfallen. Andererseits kann für den Anwender sowohl schneller mit der Fertigung der Blechbauteile begonnen und die Fertigung deutlich beschleunigt werden. „Benötigt beispielsweise das bisher nur durch manuelles Schweißen zu fertigende Bauteil pro Stück eine Bearbeitungszeit von etwa acht bis zehn Minuten, so reden wir jetzt von einer Fertigungszeit mit Roboterschweißen von etwa drei Minuten“, verdeutlicht Tobias Scheffel diesen Zeitvorteil. 

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Vielschichtiger Mehrwert der Spannvorrichtung

Allerdings ist die Vorrichtung an sich in der Stückkosten-Berechnung für die Blechbauteile ein hoher Kostenfaktor, weshalb der Zeitvorteil in der Produktion der Teile erst ab einer gewissen Grenzstückzahl eine merkliche Rolle spielt. Dennoch amortisiert sich eine additiv gefertigte Laserschweißvorrichtung schneller, da für anspruchsvolle Anwendungen lasergeschweißte Blechbauteile auch bei komplexen Geometrien und niedrigeren Stückzahlen möglich werden. Tobias Scheffel erklärt: „Dank des generativen Aufbaus können wir die Vorrichtung außerdem so aufbauen, wie es die Zugänglichkeit für die Roboterschweißoptik erfordert und gleichzeitig die Entnahme des Bauteils durch eine weite Öffnung erleichtern. Der Schlüssel liegt hier im endkonturnahen Design des Spannkonzepts.“ Auf der additiv gefertigten Vorrichtung sind die einzelnen Blechteile mit den Spannern leicht so zu fixieren, dass sie im Laserschweißprozess ideal zueinander positioniert sind. „Beim Laserschweißen darf der Fügespalt nur knapp ein zehntel Millimeter betragen, weshalb das exakte Platzieren der Blechteile zueinander eine wichtige Voraussetzung für eine qualitativ hochwertige Schweißnaht darstellt“, stellt Tobias Scheffel als weitere Besonderheit der Spannvorrichtung heraus. Gleichzeitig wird für den Schweißroboter genügend Raum eröffnet, um auch filigrane Stellen und kleine Ecken und Kanten sauber zu verbinden. Das spielt vor allem dann eine Rolle, wenn die Komplexität der Bauteile steigt, was im Leichtbau oft der Fall ist. Die Laserschweißvorrichtung kann außerdem sehr kompakt aufgebaut werden. So können die Vorrichtungen platzsparender und leichter gebaut werden, was deutlich weniger Folgekosten bei der Lagerung entstehen lässt. Der erreichte Mehrwert zahlt sich letztlich in reduzierten Produktionskosten aus, denn die Laserschweißteile sind mit den professionell gefertigten Vorrichtungen über einen automatisierten Roboterschweißprozess wiederholgenauer, wirtschaftlicher und in einer höheren Qualität herzustellen.