Höhere Standzeiten Reduzierte Lieferzeiten des Induktors Reduzierte Werkzeugerstellungszeiten

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Hochleitfähige Kupfer-Induktoren aus dem 3D-Drucker

PROTIQ Erfolgsstory

Werkstücke, die im Betrieb großen Belastungen ausgesetzt sind, werden mithilfe von Induktionserwärmung partiell ge-härtet. Die verwendeten Induktoren bestehen aus hochleit-

fähigen Kupferrohren, die den Gegenstand genau umschließen müssen, um ein möglichst kraftvolles Magnetfeld zu erzeugen. „Die Effizienz der Wärmeleistung hängt dabei wesentlich von der Anpassung des Induktors an die Geometrie des zu erwärmenden Werkstücks ab“, erklärt Stefan de Groot, Technologe Additive Fertigung bei PROTIQ. „Traditionell erfolgt die Formgebung durch händisches Biegen oder Löten, wodurch verfah-rensbedingt nur relativ simple Geometrien erzeugt werden können. Die Erhitzung komplexer Bauteile geht daher in der Regel mit einem deutli-chen Leistungsverlust einher.“ Zusammen mit Altair ProductDesign ent-wickelt PROTIQ geometrieoptimierte Induktoren, die dank verbesserter Wärmeleistung die Zykluszeiten in der Werkzeugproduktion reduzieren.

Hochleitfähiges Kupfer – eine Herausforderung für den 3D-Druck

Beim selektiven Laserschmelzen wird Metallpulver mithilfe eines Lasers aufgeschmolzen und schichtweise zu einem 3D-Objekt aufgebaut. Kup-fer besitzt jedoch die Eigenschaft, die Strahlung herkömmlicher Laser-schmelz-Anlagen fast vollständig zu reflektieren, was ein gezieltes Auf-schmelzen des Materials nahezu unmöglich macht. Aus diesem Grund greifen viele 3D-Druck-Anbieter auf Legierungen mit vergleichsweise ge-ringem Kupferanteil zurück. Dadurch verringert sich allerdings die Leitfä-higkeit des Endprodukts. Nach zwei Jahren intensiver Entwicklungsarbeit ist es PROTIQ gelungen, einen eigenen Prozess zu entwickeln, welcher eine additive Verarbeitung hochleitfähigen Kupfers ermöglicht. „Dank der deutlich reduzierten Herstellungszeiten halten unsere Kunden ihre

Fabrikate bereits wenige Tage nach Eingang der Bestellung in den Hän-den“, so de Groot. „Wochen- oder sogar monatelange Wartezeiten gehö-ren damit der Vergangenheit an.“ Geometrieoptimierung am 3D-Modell

CAD-Programme liefern nicht nur die benötigten Modelle für den 3D-Druck, sondern können darüber hinaus zur Anwendungssimulation des fertigen 3D-Objekts verwendet werden. „Mit unserer Software ‚FLUX‘ ist es möglich, das Magnetfeld des Induktors sowie den gesamten indukti-ven Erwärmungsprozess zu simulieren“, fasst Mirko Bromberger, Director Marketing & Additive Manufacturing Strategy von Altair ProductDesign das Vorgehen zusammen. „Wir können auf Grundlage der Simulationsda-

„Dank der deutlich reduzierten Herstellungszeiten haltenunsere Kunden ihre Fabrikate bereits

wenige Tage nach Eingang derBestellung in den Händen.“

STEFAN DE GROOT Technologe Additive Fertigung bei PROTIQ

Dichte

8,82 g/cm3

E-Modul

70 ± 10 GPaZugfestigkeit

219 ± 10 MPa Elektr. Leitfähigkeit

bis zu 50 MS/m

EIGENSCHAFTEN RS-KUPFER

Induktive Erwärmung ist in der metallverarbeitenden Industrie weit verbreitet. Bei Automobil- und

Industriezulieferern wird das wirkungsvolle Heizverfahren unter anderem zur Härtung von Bauteilen

eingesetzt. Zusammen mit Altair ProductDesign entwickelt PROTIQ geometrieoptimierte Kupfer-

Induktoren, die bereits innerhalb weniger Tage lieferfertig sind – und ganz nebenbei den Induk -

ti onsprozess deutlich beschleunigen.

ten bereits am Modell ableiten, wie sich das Bauteil im Betrieb verhalten wird“, ergänzt Johannes Lohn, Technologiemanager Additive Fertigung von PROTIQ. „Dabei erkennen wir auch, an welchen Stellen es zu Wär-meverlusten kommt, weil das Magnetfeld das zu härtende Werkstück noch nicht optimal umschließt.“ Anhand der gewonnenen Daten aus der Modellsimulation verbessert PROTIQ die Geometrie des Induktors und steigert auf diese Weise dessen Leistungsfähigkeit.

Gestaltungsfreiheit durch 3D-Druck

Erst der Einsatz innovativer 3D-Drucktechnologie macht die Umsetzung der optimierten Form überhaupt möglich, denn nur der additive Aufbau eines 3D-Objekts erlaubt es, derart komplexe Gestaltungselemente in

Hochleitfähige Kupfer-Induktoren aus dem 3D-Drucker

Experten für die Geometrieoptimierung: Max Wissing, Johannes Lohn und Stefan de Groot von PROTIQ (v. l.).Die Simulation des Induktors in „Flux“ – einer Software von Altair ProductDesign.

einem einzigen Fertigungsschritt zu realisieren. Für seine Industriekun-den entwickelt PROTIQ Induktoren aus hochleitfähigem Kupfer, die sich in ihrer Form optimal dem jeweiligen Anwendungsgebiet anpassen. „Gerade, wenn es um die Härtung anspruchsvoller Werkstücke geht, leisten Induktoren in Standardform oft keine effiziente Arbeit. Die Be-handlung der Körper nimmt dadurch unnötig viel Zeit in Anspruch“, so Johannes Lohn. „Dank der verbesserten Geometrie können unsere Kunden auch Bauteile mit ungleichmäßiger Kontur gezielt erwärmen und härten, denn die Wärmeleistung kommt genau an den Stellen zum Einsatz, wo sie benötigt wird.“

Der geometrieoptimierte Induktor aus dem 3D-Druck.

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