Im Design von Hochtemperaturkomponenten Grenzen überschreiten

Zwei Seelen, ein Gedanke, so sagt man, und das jüngste Kooperationsprojekt zwischen AGA und Kanthal beweist es. Komplett neu denken und neue Geometrien erfinden – unter anderem das waren Ergebnisse des gemeinsamen Vorstoßes in die additive Fertigung mit hitzebeständigem Material.

Miles Cao, technical specialist at Kanthal and David Muren, Rebox team manager at AGA.

AGA, gegründet vor rund 115 Jahren, ist ein Veteran und ausdauernder Pionier in der Geschichte der schwedischen Industrie.

„AGA hat sich in den letzten Jahren mit den Möglichkeiten der additiven Fertigung beschäftigt“, sagt David Muren, Rebox-Teamleiter bei AGA. „Ich habe es als eine ideale Möglichkeit gesehen, das Prototyping zu verkürzen.“

Dieses Interesse fiel mit der Entwicklung der additiven Fertigung bei Kanthal zusammen, und als Miles Cao, technischer Spezialist für additive Fertigung und Pulver bei Kanthal, die Möglichkeit einer Zusammenarbeit erwähnte, war Muren interessiert, sich in einem Gemeinschaftsprojekt auf ein ganz bestimmtes Bauteil zu konzentrieren.

„Wir wollten einen Ersatz für eine vorhandene Brennerdüse, mit einer anderen Flachflamme“, so Muren. „Daran haben wir mit traditionellen Fertigungsmethoden gearbeitet, aber die additive Fertigung ist ein schnellerer Weg zum Ziel. Wir hatten über die Projektierung eigentlich schon gesprochen, und als Cao uns bat, ihnen den ersten Entwurf zu schicken, haben wir das getan.“

The 3D printed burner nozzle, designed by AGA and produced by Kanthal, creates a flat flame.

Zur Herstellung der Brennerdüse hatte AGA zuvor bekannte subtraktive Fertigungsmethoden wie Drehen und Schleifen eingesetzt.

„Das herkömmliche Verfahren stößt an Grenzen, wenn es um das Innere der Düsen geht“, erklärt Muren. „Im Inneren passiert das meiste, hier werden die Gasströme durchgeleitet. Allerdings ist es bei den älteren Verfahren tatsächlich schwierig, in die kleinen Innendüsen, mit nur 12 bis 15 Millimeter Durchmesser, zu kommen.“

Bei der additiven Fertigungstechnik gibt es keine Grenzen hinsichtlich der Formgebung oder Zugänglichkeit. Cao erläutert, dass Kanthal das gebräuchlichste additive Fertigungsverfahren anbietet, bekannt als selektives Laserschmelzen.

„Bei dieser Technologie wird pulverförmiger Werkstoff Schicht für Schicht mit einem Laser geschmolzen“, sagt er. „So können jetzt beispielsweise inwändige Kanäle und komplexe Geometrien erzeugt werden, wie sie nur mit dem 3-D-Druck möglich sind oder mit traditionellen Fertigungsverfahren zumindest sehr schwierig zu realisieren wären.“

Die Verwendung eines für Hochtemperaturprozesse geeigneten Werkstoffs in der additiven Fertigung stellt eine bahnbrechende Innovation dar.

„Eisen-Chrom-Aluminium bietet unseren Kunden einzigartige Vorteile. Das Material ist beständig gegen Hochtemperaturkorrosion und Oxidation“, sagt Cao. „Es hat eine überragende Hochtemperaturfestigkeit, insbesondere bei Temperaturen über 1000 Grad Celsius. Die Eisen-Chrom-Aluminium-Legierungen können wir nun in der additiven Fertigung einsetzen und damit neue Produkte erschaffen.“

Zu den Vorzügen der additiven Fertigung zählt Muren für sich die kurze Prozesszeit beim Prototyping sowie die spezielle Innenkonstruktion, die den Brenner „atmen“ lässt. Er fügt hinzu, dass das Fertigungsprojekt eine Düse mit besserem Durchflussverhalten hervorgebracht hat, das wesentlich „gasdynamischer“ ist.

Eine pulverbasierte additive Fertigungstechnik könnte für AGA den Abschied von Stangen als Rohmaterial bedeuten, die traditionell in der subtraktiven Fertigung verwendet werden. Bei der additiven Fertigung kann nahezu jede Geometrie intelligent geschaffen und dann an den 3-D-Drucker gesendet werden. Dazu kam es allerdings nicht über Nacht.

Die größte Herausforderung bestand darin, als Designer ganz anders zu denken, als wir es gewohnt sind, Grenzen loszulassen, die uns herkömmliche Verfahren vorgeben.

„Die größte Herausforderung bestand darin, als Designer ganz anders zu denken, als wir es gewohnt sind, loszulassen, was uns herkömmliche Verfahren vorgeben“, sagt Muren. „Additive Fertigung hat andere Grenzen, aber die haben wir noch nicht wirklich ausgelotet.“

Die beiden Unternehmen verbindet dasselbe Denken, und AGA wirft jetzt einen weiten Blick über den Tellerrand.

„Ich denke, die herkömmliche Art der Fertigung ist nach wie vor gut, und wir haben im Laufe der Jahre Großes erreicht“, so Muren. „Die additive Fertigung wird das ergänzen, und ich persönlich denke, dass eine Kombination aus herkömmlicher und additiver Fertigung, wo sie gebraucht wird, der beste und vielversprechendste Weg ist. Wir haben definitiv Feuer gefangen.“

Finding new geometries: Kanthal® Additive Manufacturing

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