3D-Druck und Nachbearbeitung: Präzision für Metallbauteile
Die Nachbearbeitung von additiv gefertigten Bauteilen trägt entscheidend zu ihrer Serienqualität bei. Denn während beim Prototyping oft nur Form und Funktion im Vordergrund stehen, entscheiden in der Serienproduktion Maßhaltigkeit, Oberflächengüte und Materialeigenschaften über die Einsatzfähigkeit der Komponenten. Besonders im metallischen 3D-Druck ist die Nachbearbeitung deshalb unverzichtbar, um die hohen Anforderungen aus Branchen wie Luftfahrt, Werkzeugbau oder Medizintechnik zu erfüllen.
Doch wie genau läuft die Nachbearbeitung industrieller Metallbauteile ab – und welche Rolle spielt die CNC-Bearbeitung dabei?
Unter Nachbearbeitung versteht man alle Arbeitsschritte, die ein additiv gefertigtes Bauteil nach dem eigentlichen Druckprozess durchläuft. Im industriellen Umfeld umfasst dies üblicherweise Fräsen, Drehen, Schleifen und Polieren sowie die Qualitätssicherung. Diese Verfahren entfernen Stützstrukturen und gewährleisten, dass Passungen, Bohrungen und Gewinde die gewünschten Genauigkeiten aufweisen. Je nach verwendeter 3D-Druck-Technologie – Laserauftragschweißen mittels Pulverdüse (DED) und das selektive Laserschmelzen im Pulverbett (SLM) sind zwei gängige Verfahren – unterscheiden sich die Anforderungen an die Nachbearbeitung deutlich.
Nachbearbeitung im Laserauftragschweißen
Das Laserauftragsschweißen – umgesetzt auf den LASERTEC DED hybrid Modellen von DMG MORI – kombiniert additive und subtraktive Verfahren in einer einzigen Aufspannung. In einem durchgängigen 6-in-1-Prozess werden Fräsen, Drehen, Schleifen, Vorheizen, Pulverauftrag und 3D-Scanning integriert.
Diese Prozessintegration bietet folgende Vorteile:
- Es gibt nahtlose Übergänge zwischen Materialaufbau und Bearbeitung.
- Durchlaufzeiten werden reduziert, weil Umspannen und Transporte entfallen.
- Eine konstante Referenzierung erhöht die Genauigkeit.
- Die Qualität ist auch bei komplexen Geometrien wiederholbar.
Das Vorheizen minimiert in diesem ganzheitlichen Prozess Spannungen und verhindert Risse zwischen Grund- und Schweißmaterial, während der optionale Einsatz blauer Laser auch reflektierende Metalle wie Kupfer verarbeitbar macht.
Die Nachbearbeitung zeichnet sich in diesem hybriden Verfahren dadurch aus, dass sie schon während des Metall 3D Drucks durchgeführt werden kann. Das ist vor allem bei komplexen Geometrien interessant, weil manche Stellen nach Abschluss des Aufbaus nicht mehr zu erreichen wären. Die CNC-Endbearbeitung erfolgt je nach Maschine durch 5-achsiges Simultanfräsen oder 6-seitiges Dreh-Fräsen. In beiden Fällen kann außerdem das Schleifen integriert werden, sodass vollständig fertige Metallbauteile mit exzellenter Oberflächenqualität entstehen – in einem Arbeitsraum.
Nachbearbeitung im Pulverbettverfahren
Beim Pulverbettverfahren, etwa mit der LASERTEC 30 SLM 3. Generation, spielt die Nachbearbeitung eine ebenso zentrale Rolle. Im Pulverbett der Maschine werden Bauteile schichtweise aufgebaut – typischerweise aus Edelstahl, Aluminium oder Titan. Nach dem Druck folgt ein mehrstufiger Prozess:
- Der Baucontainer muss abkühlen, damit Eigenspannungen abgebaut werden.
- Die Teile werden von der Bauplatte entfernt und von Stützstrukturen befreit.
- Funktionsrelevante Flächen und Bohrungen erfordern eine Nachbearbeitung mittels CNC-Fräsen oder Schleifen.
- Zusätzlich werden Oberflächen oftmals durch Polieren oder Strahlen veredelt.
Mit durchdachten Maschinenkonzepten optimiert DMG MORI diesen Ablauf: Der wechselbare Baucontainer der LASERTEC 30 SLM eliminiert Stillstandzeiten, während integrierte Kamerasysteme und Heat Maps die Schichtqualität überwachen. Die Kombination aus Prozessstabilität und digitaler Kontrolle sorgt dafür, dass die Nachbearbeitung gezielt und effizient erfolgt. Hierfür stehen Anwendern zahlreiche Bearbeitungszentren, zum Beispiel die 5-achsige Universalmaschine DMU 40, zur Verfügung, die den Prozess der additiven Fertigung im Pulverbett komplettieren.
Materialanforderungen in der Nachbearbeitung
Dass im 3D-Druck heutzutage unterschiedlichste Metalle zum Einsatz kommen, muss auch in der Nachbearbeitung berücksichtigt werden. Denn jedes Material hat bestimmte Eigenschaften und daraus resultierende Anforderungen an das Fräsen, Drehen oder Schleifen. So verlangt Titan aufgrund seiner hohen Festigkeit extrem spezielle Hartmetallwerkzeuge und eine sehr präzise Prozessführung, während Aluminium mit hohen Spindeldrehzahlen und optimaler Kühlung bearbeitet werden muss. Somit hat die Art des Materials direkten Einfluss auf die Strategie in der Nachbearbeitung – von der Werkzeugauswahl über die Schnittparameter bis zur Kühlung.
Vom Druck zum fertigen Bauteil
Maßgeblich für die Serientauglichkeit der additiven Fertigung ist ein effizienter Gesamtprozess, der die Nachbearbeitung sinnvoll integriert. DMG MORI verfolgt hier mit seiner Machining Transformation (MX) einen durchgängigen Ansatz: Additive Fertigung, CNC-Zerspanung und Qualitätssicherung werden in einer geschlossenen Prozesskette kombiniert. Automatisierte Werkstück- und Palettenhandlingsysteme ermöglichen den mannarmen Betrieb. Gleichzeitig übernehmen integrierte 3D-Scanner die berührungslose Nullpunktabtastung und Qualitätssicherung in Echtzeit. So entsteht ein hochproduktiver Workflow vom additiven Aufbau bis zum vollständig nachbearbeiteten Serienbauteil.
Nachbearbeitung als Schlüssel zur Serienfertigung
Die Beispiele zeigen: Die Nachbearbeitung entscheidet über den Sprung vom Prototyp zur Serie. Im industriellen Umfeld ist sie weit mehr als ein Zusatzschritt – sie ist integraler Bestandteil des Fertigungsprozesses. Mit den Modellen der LASERTEC DED hybrid und LASERTEC SLM Baureihen zeigt DMG MORI, wie additive und subtraktive Verfahren zu einem ganzheitlichen Produktionssystem verschmelzen. Das Ergebnis: reproduzierbare Qualität, kürzere Durchlaufzeiten und die wirtschaftliche Herstellung komplexer Metallbauteile in Serienfertigung.