Inspektionen mit Artec Leo senken das Risiko kostspieliger Fehler beim Gießen mit verlorenem Schaum

Ein Schaumstoffabguss eines großen Automobilteils (Autotürform).

Dank der Weiterentwicklung der digitalen Fertigung wird es immer einfacher, maßgeschneiderte Produkte mit einzigartigem Design herzustellen. Die Realität in den meisten großen Industriezweigen sieht jedoch anders aus: Denn wirtschaftliche Lebensfähigkeit erfordert eine Serienproduktion, und diese wiederum ist auf eine skalierbare Fertigung angewiesen.

Dies kann die maschinelle Bearbeitung, das Stanzen, die Umformung, die Produktmontage oder die Textilherstellung betreffen. Obwohl es sich um eine der ältesten Techniken handelt, erfreut sich das Gießen nach wie vor großer Beliebtheit. Formen können heutzutage auf verschiedene Weise hergestellt werden, doch ist der Formgebungsprozess oft sehr ähnlich. Das Material wird in einen Hohlraum gegossen, der die Form des Endprodukts hat. Nach dem Erstarren wird die Form geöffnet und das geformte Teil entnommen. Falls erforderlich, wird dieses dann für die Endnutzung nachbearbeitet.

Im Allgemeinen unterscheiden sich die Methoden des Formenbaus in zweierlei Hinsicht: zum einen durch das Material, das geformt werden soll, und zum anderen durch das Material, das verbraucht wird, sei es Wachs, Kunststoff, Metall oder Schaumstoff. Letzteres ist in großen Märkten wie China, Indien, Italien, Deutschland und den USA bereits weit verbreitet, da es kostengünstig ist, eine makellose Oberfläche hat und sich leicht anpassen lässt. Außerdem passt es in einen großen, leicht zu verwaltenden Arbeitsablauf.

Ein Lagerhaus voller industrieller Gussformen.

Beim Gießen mit verlorenem Schaum wird ein Schaumstoffmodell in eine Produktform geschnitten oder zusammengesetzt. Dann wird es mit einer keramischen Aufschlämmung überzogen, die es gegen heißes Metall abschirmt, und zur Verstärkung in Quarzsand getaucht. Schließlich wird eine heiße Legierung in das Modell gegossen, wobei der Schaum verdampft wird. Die verbleibende keramische Hülle und der Sand formen dann das Material in dem zurückgelassenen Hohlraum zu einer Produktform.

Das Schaumstoffgießen birgt jedoch einige Herausforderungen, die eine effektive Anwendung erschweren können: Bei Formen mit negativen Winkeln ist es beispielsweise schwierig, die Teile in einem Stück zu entnehmen. Außerdem werden Schaumstoffformen oft an Dritte weitergegeben und aus Metall gefertigt. Wie kann man also zu hundert Prozent sicherstellen, dass die erhaltenen Gussteile den gewünschten Toleranzen entsprechen?

Hier nun setzt ein indischer Kunde von Artec 3D an: Mit dem 3D-Scanner Artec Leo prüft der Hersteller Gussteile und endgültige Formen vor und nach dem Versand. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Schaumstoffmodelle das Werk wie geplant verlassen – und, was noch wichtiger ist, dass die Metallformen den erforderlichen Standards entsprechen. Fehler in diesem Stadium können mehrere hunderttausend Dollar kosten, wenn sie im Nachgang korrigiert werden, oder sogar noch mehr, wenn große, defekte Teile komplett neu gegossen werden müssen.

Wie Leo das Gießen mit verlorenem Schaum modernisiert

Der jüngste Artec Kunde aus der Gießereibranche arbeitet größtenteils in großem Maßstab, wozu sich das Schaumgießen ideal eignet. Denn die Verarbeitung von zähem Stahl, wie er für die Herstellung von Gussteilen benötigt wird, ist sehr teuer und erfordert große Sorgfalt – außerdem wirkt sich der Materialverbrauch auf die Gewinnspanne aus. Im Gegensatz dazu ist Schaumstoff billig und lässt sich leicht anpassen, und im Rahmen eines kürzlich durchgeführten Projekts konnte dies mit großem Erfolg unter Beweis gestellt werden.

Eine Fabrikhalle mit Schaumstoffzuschnitten, einem ein Teil des Schaumstoffgießverfahrens.

Bei der Herstellung einer großen, komplexen Pressform für ein Fahrgestell setzte das Unternehmen auf die CNC-Bearbeitung eines CAD-Entwurfs in Schaumstoff und die anschließende Beauftragung eines anderen Unternehmens mit der Herstellung. Im Arbeitsablauf der Fahrzeugmontage soll die resultierende Form hydraulisch gegen ein Material gepresst werden, um Tausende von Autotüren zu fertigen, wobei die Festigkeit und Genauigkeit der Teile eine große Rolle spielen.

In der Vergangenheit hätte der Artec Nutzer die Genauigkeit des Schaumstoffmusters noch mit Artec Eva, dem 0,1 mm genauen, bewährten, kabelgebundenen 3D-Scanner, überprüft. Da er jedoch der Meinung war, dass die Inspektion noch weiter beschleunigt werden sollte, wandte er sich an den Gold-zertifizierten Artec Partner Altem Technologies, der ihm Artec Leo anbot. Leo ist ein Hochgeschwindigkeitsgerät, das völlig kabellos ist und den Arbeitsablauf vollkommen auf den Kopf stellen sollte.

Leo verfügt nicht nur über die gleiche Genauigkeit wie Eva, sondern auch über ein größeres Sichtfeld. Dies verbessert die Nachverfolgung, während die schnellere Erfassungsgeschwindigkeit vollständige 3D-Scans von großen Gebäuden innerhalb weniger Stunden ermöglicht. Die 3D-Messungen ermöglichen es dem Unternehmen, Fehler in der Schaumstoffmodellierungsphase zu erkennen und Korrekturen vorzunehmen, bevor die Produkte das Werk verlassen, und das praktisch ohne zusätzliche Kosten.

Eine CNC-Maschine, die für den letzten Schliff an einer Form verwendet wird.

Es ist erwähnenswert, dass die Toleranzen im Formenbau mit fortschreitendem Arbeitsablauf enger werden. Die ersten Entwürfe, die noch nicht maschinell bearbeitet wurden, weisen oft Oberflächen auf, die nicht perfekt eben oder ausgerichtet sind. Diese müssen nur bis auf wenige Millimeter genau sein, so dass Leo für die Bedürfnisse der Anwender mehr als präzise genug ist –sowohl bei der Prüfung von Schaumstoffmodellen als auch der erhaltenen Gussteile, um sicherzustellen, dass sie gemäß den Spezifikationen hergestellt werden.

Eingehende Analyse für konforme Gussteile

Schnelle, intuitive Datenerfassung ist eine Sache. Aber der Hersteller muss die Punktwolkendaten noch für die Analyse in ein Polygonnetz umwandeln. Hier kommt Artec Studio ins Spiel: Die neueste Software von Artec verfügt über alle wesentlichen Funktionen für Reverse Engineering und Inspektion, so dass die Nutzer Daten erfassen, verarbeiten und dann das resultierende Modell zum Messen, Analysieren und Finden von Abweichungen verwenden können.

Für den Anwendungsfall, um den es hier geht, entschied sich das Team des Unternehmens, seine Daten in ZEISS Inspect Optical 3D, eine noch leistungsstärkere Inspektionssoftware mit Werkzeugen für eine tiefgreifende Analyse, zu exportieren. Die gemeinsame Nutzung von Daten aus Artec Studio funktioniert nahtlos und bietet Zugang zu Funktionen wie Python-Skripting und GD&T-Tools sowie zu einer Software, die auf parametrischen Prinzipien basiert und sich jeden Schritt des Arbeitsablaufs merkt.

Mit diesen Funktionen können Schrumpfung (ein häufiges Problem beim Schaumstoffgießen), Abweichungen und andere Fertigungsprobleme erkannt werden. Bisher wurden die Formen manuell mit einem Mikrometer geprüft – die Umstellung auf 3D-Scanner hat diese Prüfungen rationalisiert, beschleunigt, ihre Genauigkeit erhöht und gleichzeitig den Zugang zu noch besseren digitalen Inspektions-Werkzeugen ermöglicht.

Ingenieure bei der Verwendung einer analogen Industriemessschraube.

Bei der Abnahme der endgültigen Form ist dieses Maß an Qualitätskontrolle für den Hersteller äußerst nützlich. Sobald er einen Nachweis darüber hat, wie die Schaumstoffmodelle das Werk verlassen haben, ist er auf der sicheren Seite, wenn andere Unternehmen bei der Produktion einen Fehler machen und womöglich eine Kostenerstattung verlangen.

Wie geht es weiter mit der digitalen Gussinspektion?

Das Unternehmen, das bereits stolzer Besitzer von zwei Artec Evas und Leos ist, erwägt nun die Anschaffung weiterer Hardware, um neue Optimierungsmöglichkeiten zu erschließen und die wachsende Nachfrage zu decken. So könnte das Unternehmen in weitere Leos investieren oder Artec Point einführen, den ersten Laserscanner von Artec, der ISO-zertifiziert ist und genau für die Art von Anwendungen in der industriellen Messtechnik konzipiert ist.

In vielen Fällen fügt der Hersteller den Teilen durch maschinelle Bearbeitung letzte Details hinzu – egal ob es sich nun um Automobilformen oder andere große Metallobjekte handelt. Da CNC-Systeme mit einer Genauigkeit von bis zu 20 Mikrometern arbeiten, wäre der metrologisch präzise Point perfekt für die Endkontrolle geeignet.

Eine fertige riesige industrielle Form für den Automobilbau.

Wenn wir ein wenig herauszoomen, ist der Arbeitsablauf des Herstellers ebenfalls beeindruckend, aber nicht einzigartig, denn Artec 3D-Scanner werden in vielen Branchen und Märkten regelmäßig für die Gussinspektion verwendet. In den USA etwa setzt die Lohngießerei Willman Industries Artec Eva für Scan-CAD-Analysen ein.

Ausco Products arbeitet in ähnlicher Weise mit Artec Leo, Space Spider und Geomagic Design X. Extern beschaffte Bremsgussteile werden analysiert und auf Genauigkeit, Toleranz und Leistungsstandards geprüft. Insgesamt zeigen diese Anwendungsfälle, wie Artec 3D-Scannern es Ingenieuren ermöglichen, sich an die Bedürfnisse ihrer Kunden anzupassen, und das bei jeweils vermeintlich ganz unterschiedlichen industriellen Anwendungen.