Metallkomponenten werden wegen ihrer Haltbarkeit, Festigkeit, Zuverlässigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen Verschleiß und hohe Temperaturen sehr geschätzt. Die Metallverarbeitung ist ein entscheidendes Element der globalen Fertigung und spielt eine zentrale Rolle in Endverbrauchsindustrien wie der Automobil-, Luft- und Raumfahrt-, Bau-, Energie- und Konsumgüterindustrie. Der Bedarf an Präzision, Effizienz und Skalierbarkeit hat die Entwicklung von Werkzeugen und Techniken vorangetrieben.

Bearbeitung, Schweißen, Umformen und Gießen sind gängige Verfahren zur Herstellung von Metallkomponenten. Jeder Prozess erfordert spezielle Werkzeuge, um das Metall trotz hoher Kräfte, Hitze oder chemischer Einwirkung in Position zu halten und Präzision, Sicherheit und Reproduzierbarkeit in der Produktion zu gewährleisten.

• Vorrichtungen helfen, Schneidwerkzeuge zu führen, um gleichmäßige, präzise Schnitte zu gewährleisten.
• Vorrichtungen halten Werkstücke während der Bearbeitung oder des Schweißens sicher in Position, um Bewegungen zu verhindern, die zu Fehlern führen könnten.

Traditionelle Werkzeugbauverfahren wie CNC-Bearbeitung, Gießen oder manuelle Montage sind zeitaufwändig und teuer. 3D-Drucktechnologien wie Stereolithografie (SLA) und selektives Lasersintern (SLS) bieten eine schnellere und kostengünstigere Alternative für die Herstellung von Vorrichtungen, Halterungen und Werkzeugen in der Metallverarbeitung.

In diesem Supportartikel geht es um 3D-gedruckte Vorrichtungen und Halterungen für die Arbeit mit Metallteilen zum Schweißen und Bearbeiten. Weitere Informationen zu anderen 3D-gedruckten Werkzeugen finden Sie im entsprechenden Supportartikel:

• Vorrichtungen, Halterungen und Fertigungshilfen für Montage, Inspektionen, Ersatzteile usw.
• Werkzeuge für die Blechumformung
• Modelle für den industriellen Feinguss
• Formen für Spritzguss, Silikonformung, Blasformen und Thermoformen

Formlabs bietet robuste Materialoptionen für die Metallbearbeitung. Die Empfehlungen unterscheiden sich jedoch je nach Anwendungsfall.

Bearbeitungslehren

Die Bearbeitung ist ein subtraktives Fertigungsverfahren, bei dem Material von einem Werkstück mit Werkzeugen wie Drehmaschinen und Fräsen entfernt wird, um Präzisionskomponenten herzustellen. Vorrichtungen und Halterungen halten Werkstücke sicher und sorgen für eine genaue Ausrichtung während der Bearbeitung.

Zu den technischen Anforderungen an diese Vorrichtungen gehören eine hohe Steifigkeit, um den Schnittkräften standzuhalten, präzise Abmessungen, um die Ausrichtung beizubehalten, Hitzebeständigkeit, um Verformungen durch die bei der Zerspanung erzeugte Hitze zu widerstehen, Vibrationsdämpfung und Beständigkeit gegen Kühlmittel, Schneidflüssigkeiten und Reinigungsmittel, die in den Maschinen laufen.

Formlabs empfiehlt dringend, Bearbeitungsvorrichtungen mit Nylon 12 Powder auf den Druckern der Fuse-Serie zu drucken, da es chemikalienbeständig ist. Weitere Vorteile sind:

• Hohe Zugfestigkeit (50 MPa)
• Am besten geeignet für komplexe Baugruppen und langlebige Teile
• Mit Nylon 12 Powder gedruckte Teile nehmen wenig Feuchtigkeit auf und sind resistent gegen Licht, Hitze, Chemikalien und Kühlmittel.

Schweißvorrichtungen

Schweißen ist ein Fertigungsverfahren, bei dem Materialien durch Hitze und Druck miteinander verbunden werden, um starke Verbindungen zu schaffen. Vorrichtungen und Halterungen sind unerlässlich, um Werkstücke genau zu positionieren und die Ausrichtung während des Schweißens beizubehalten.

Technische Anforderungen an diese Vorrichtungen sind u. a. hohe Hitzebeständigkeit, Steifigkeit und Haltbarkeit, um wiederholte Zyklen ohne Verformung zu überstehen. Präzises Ausrichten und einfaches Einspannen sind wichtig für genaue, wiederholbare Schweißnähte, während Sicherheitsmerkmale und Zugänglichkeit für den Schutz des Personals entscheidend sind.

Formlabs empfiehlt, Schweißvorrichtungen mit Rigid 10K Resin auf den Druckern der Form-Serie zu drucken, da dieses Material hochtemperaturbeständig ist.

Digitalisieren Sie bestehende Werkzeugdesigns mit Reverse Engineering, um sie in ein digitales Inventar zu überführen, oder ermitteln Sie den Werkzeugbedarf und entwerfen Sie neue Modelldateien. Beim Entwurf einer 3D-gedruckten Vorrichtung unterscheiden sich mehrere wichtige Konstruktionsüberlegungen von denen herkömmlicher Metallwerkzeuge, sodass einzigartige Merkmale möglich sind, die nur mit der additiven Fertigung realisierbar sind:

• Nutzen Sie komplexe Geometrien und erstellen Sie komplizierte interne Merkmale wie Kanäle, Hinterschnitte und Hohlstrukturen.
• Erstellen Sie leichte Vorrichtungen mit Gitter- oder Wabenstrukturen, um das Gewicht zu reduzieren, ohne die Festigkeit zu beeinträchtigen.
• Entwerfen Sie mit einer Wandstärke von 2–3 mm.
• Integrieren Sie Funktionen wie Klemmen, Positionierer und Führungen in ein einziges Teil, um das Design zu vereinfachen und den Bedarf an montierten Komponenten zu verringern.
• Integrieren Sie glatte Fasen mit einem Radius von 1–2 mm an den Belastungspunkten, um die Festigkeit zu erhöhen.
• Fügen Sie ergonomische Merkmale wie individuelle Griffe oder konturierte Kanten direkt in Ihre Designs ein.
• Entwerfen Sie modulare Vorrichtungen und Halterungen, die sich leicht anpassen oder aktualisieren lassen.
• Vereinfachen Sie die Montage mit einteiligen Designs.

Befolgen Sie die Best Practices von Formlabs zur Ausrichtung von Modellen.

Wenn Sie mit einem SLA-Drucker drucken, richten Sie die Teile so aus, dass die Stützen auf den Funktionsflächen minimiert werden, und verstärken Sie die Wände nach Bedarf.

Befolgen Sie die bewährten Praktiken von Formlabs für das Waschen und Nachhärten von Drucken. Spezifische Anweisungen zum Waschen und Aushärten finden Sie in den einzelnen Materialartikeln. Erwägen Sie eine weitere Nachbearbeitung, um Festigkeit, Haltbarkeit und Benutzererfahrung zu verbessern, z. B. durch Galvanisierung oder Beschichtung für SLA-gedruckte Teile oder Strahlmittel für SLS-gedruckte Teile.

• Vergleichen Sie das gedruckte Teil mit dem ursprünglichen CAD-Modell. Verwenden Sie eine Schieblehre, ein Mikrometer oder andere Messgeräte zur Validierung.
• Testen Sie die funktionelle Leistung der Vorrichtung. Achten Sie beim Einsetzen des Teils in die Vorrichtung darauf, wie gut es an Positionierflächen und Stützen anschließt. Korrekt entworfene und hergestellte Vorrichtungen stützen das Teil und verhindern jegliche Bewegung, sobald eine Spannkraft angewandt wird.
• Bei Prozessen mit höheren Betriebskräften, wie z. B. der Bearbeitung, werden die Anforderungen an die Klemmung auf der Grundlage von Vorschüben und Geschwindigkeiten, der Leistung der Maschine und des gewählten Materials sowie der Sicherheit berechnet.

Der 3D-Druck von Halterungen und Vorrichtungen bietet eine praktische Lösung für die Herausforderungen des konventionellen Werkzeugbaus in der Metallverarbeitung. Er ermöglicht eine schnellere Fertigung, geringere Kosten und eine größere Flexibilität beim Design. Dies ist besonders vorteilhaft für individuelle Werkzeuge in Verfahren wie Zerspanung und Schweißen, wo Präzision und Haltbarkeit entscheidend sind. Es wird besonders empfohlen für:

• Kleine bis mittlere Produktionsserien von etwa 1000 Teilen pro Vorrichtung oder 3000 Schweißnähten pro Vorrichtung
• Präzise, langlebige kundenspezifische Werkzeuge für Mehrfachaufbauten oder unregelmäßige Geometrien
• Kostengünstige, hochflexible Fertigungsoption

Einige Einschränkungen sind:

• SLA-gedruckte Teile zeigen mit der Zeit Verschleißerscheinungen
• Nicht so langlebig wie Metallvorrichtungen. Beschichten oder versiegeln Sie die Druckteile, um ihre Lebensdauer zu verlängern.

• Senkung der Kosten und Vorlaufzeiten in der Metallverarbeitung mit bedarfsgerechten Vorrichtungen und Halterungen Whitepaper
• Leitfaden für Bearbeitungsvorrichtungen: Spannvorrichtungen und Vorrichtungen für Fräsen, CNC und mehr
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