Rohstoffeffizienz durch Metall 3D-Druck

 

Rosswag ausgezeichnet mit dem Deutschen Rohstoffeffizienz-Preis 2016

Am 17.02.2017 wurde die Rosswag GmbH mit dem Deutschen Rohstoffeffizienz-Preis 2016 ausgezeichnet. Bei dem eingereichten Projekt handelt es sich um die Realisierung einer innovative Prozesskette, bei der die Metallpulverherstellung aus Schmiederesten mit der hybriden Schmiede-SLM-Fertigung kombiniert wird.

Im Schmiedebetrieb fallen jährlich mehrere Tonnen Schmiedereste an. Aus diesen Abfällen wird durch einen Verdüsungsprozess feinkörniges Metallpulver hergestellt. Dieses Metallpulver wird genutzt, um in einer eigens entwickelten Prozesskette mittels Metall 3D-Druck (Selektives Laserschmelzen, SLM) auf ein endkonturnah geschmiedetes Bauteil komplexe, funktionale und endkonturnahe Geometrien zu drucken.

Dadurch wird zum einen die Menge an Metallschrott reduziert. Zum anderen wird der anfallende Metallschrott dem Prozess wieder zugeführt und trägt zur Wertschöpfung bei der Fertigung bei.

Folgender Film gibt einen Überblick über das Projekt.

 

 

 

 Danke an die Agentur Gretchen, die diesen Imagefilm im Rahmen der Preisverleihung für uns produziert hat.

 

 

Auswirkung auf die Rohstoffsicherung

Beim Schmieden von Grundkörpern in kleinen Stückzahlen entstehen jährlich mehrere Tonnen Schmiedereste, die für die Rosswag GmbH als Metallschrott verloren gehen. Dieser Schrott wird der globalen Recyclingkette zugeführt und in einem langwierigen, energie- und ressourcenintensiven Prozess wieder zu Rohmaterial aufbereitet.

Durch den eigenen, hausinternen Verdüsungsprozess der Reststücke zu Metallpulver ergeben sich zwei wesentliche Vorteile.

Zum einen wird die Unabhängigkeit vom Rohstoffmarkt ermöglicht. Gleichzeitig muss kein Metallpulver zugekauft werden, sondern dieses wird vor Ort selbst aus den Abfällen der Schmiedereste hergestellt und qualifiziert.

Zum anderen werden die Bauteileigenschaften gegenüber einer hybriden Fertigung mit Metallpulver verbessert, welches nicht aus einer identischen Materialcharge hergestellt wurde, verbessert. Diese chargenreine Hybridfertigung garantiert, dass es keine Unterschiede bedingt durch variierende Legierungsbestandteile bei dem geschmiedeten Grundkörper und dem additiv gefertigten Komponenten gibt. Die verbesserten Bauteileigenschaften wirken sich außerdem positiv auf die Lebensdauer aus, wodurch langfristig weniger Bauteile gefertigt werden müssen.

Diese Vorteile leisten einen wesentlichen Beitrag, um den Rohstoffverbrauch in der Massenfertigung zukünftig deutlich zu reduzieren. Insbesondere gilt das auch bei Bauteilen, die sowohl aus massiven als auch filigranen, funktionsoptimierten Strukturen bestehen.

 

Gesamtheitlicher, ressourceneffizienter Produktionsprozess

Mit der Herstellung von eigenen Metallpulvern positioniert sich die Rosswag GmbH im Bereich der additiven Fertigung als ganzheitlicher Dienstleister, der sich durch hohe Qualitätsansprüchen nicht nur in der Bauteilfertigung, sondern schon bei der Qualifizierung des Metallpulvers auszeichnet. Durch die individuelle hauseigene Pulverproduktion können die konkurrierenden Aspekte Kosten, Zeit und Qualität im additiven Fertigungsprozess in ein optimiertes Verhältnis geführt werden. Darauf basierend ist es für die Rosswag GmbH möglich, sich die Qualitätsführerschaft zu erarbeiten. Für den Kunden spiegeln sich diese Prozessoptimierungen bei Rosswag direkt als Vorteil wieder. Da Metallpulver nicht von Lieferanten bezogen werden müssen, fällt keine keine doppelte Lieferzeit an. Durch die hybride Fertigung schafft die Rosswag GmbH Mehrwert bei der Materialentwicklung und bei der Produktion, sowohl für den Kunden, als auch für das Unternehmen.

Aufgrund des additiven, endkonturnahen Aufbaus auf Grundkörper wird bis zu 85 % Material gespart. Zudem wird der Ressourceneinsatz bei der Nachbearbeitung gesenkt. 90 % der Zeit, die das Bauteil bei konventioneller Fertigung in der CNC-Nachbearbeitung benötigt, kann durch die additive Fertigung eingespart werden. Dadurch verschleißen die Werkzeuge weniger schnell und es wird eine geringere Menge von Hilfsstoffen wie z.B. Kühl- und Schmiermittel benötigt.

Da eine ausschließlich additive Fertigung bei Bauteilen mit großen Materialansammlungen nicht wirtschaftlich ist, ergibt sich für den Kunden neben der Kosten- und Zeitersparnis vor allem ein wesentlicher Vorteil: Durch die hybride Bauweise können die Vorteile der hohen Geometriefreiheit  und Funktionsintegration des additiven Fertigungsverfahren im Detail eingebracht werden.

Als Beispiel kann hier eine innenliegende, strömungsoptimierte Kanalstruktur in den Schaufeln von Impellerbauteilen angeführt werden, die sich positiv auf den Wirkungsgrad der Turbomaschinen auswirkt. 

 

 

Motivation der Rosswag GmbH

Die Rosswag GmbH ist ein familiengeführtes, mittelständisches Traditionsunternehmen mit über 100 Jahren Erfahrung in der Metallverarbeitung, welches unter der Marke Edelstahl Rosswag als Produzent für qualitativ hochwertige und belastete Freiform-Schmiedebauteile etabliert ist. Dennoch sucht die Firma stetig nach Möglichkeiten, durch die die Effizienz von Fertigungsprozessen gesteigert und neue Märkte erschlossen werden können.

Mit dem Blick in die Zukunft wurden die additiven Fertigungsverfahren mit Metallwerkstoffen als wichtige, ergänzende und potenziell verdrängende Technologie erkannt. Eine bloße Anwendung der Technologie entsprach jedoch nicht dem Anspruch der Rosswag GmbH. Auf dem über die Jahrzehnte aufbauenden Wissen wurden Möglichkeiten gesucht und gefunden, das Selektive Laserschmelzen nicht nur in die bestehende Wertschöpfungskette einzubeziehen, sondern auch weiterzuentwickeln.

Durch die Kombination von zwei innovativen Fertigungsverfahren, der Herstellung von Metallpulvern aus Schmiederesten und dem additiven Aufbau von Schaufelelementen auf Schmiedeteile, konnte ein maximal wertschöpfender und ressourcensparender Fertigungsprozess entwickelt werden.

Diese Prozesskette stellt nicht nur eine Innovation bei der Fertigung von Impellern dar, sondern ermöglicht eine branchen- und produktübergreifende Evolution der konventionellen Fertigung im Hinblick auf Rohstoff-, Kosten- und Bauteileffizienz.