Hybride Prototypen mit SLS und GFK-Verbundwerkstoffen

Kegelmann Technik sprengt mit hybriden Bauteilen Grenzen des GFK-Fertigungsverfahrens bei der Integration komplexer Funktionsteile. Freiheitsgrade der additiven Fertigung werden mit Class A‑Freiformflächen sehr hoher Steifigkeit und Festigkeit kombiniert.

Hybrid-Prototyp mit SLS und GFK/ Kegelmann Technik

Hybride Bauteile und Multimaterialkonstruktionen lösen technische Zielkonflikte. Es gilt, ein neues System zu schaffen, das bessere Eigenschaften aufweist als die jeweiligen Einzelkomponenten selbst.
Bei der Kombination von GFK-Verbundwerkstoffen mit komplexen Formteilen, die mit dem Selektiven Lasersintern SLS hergestellt werden, hat sich Kegelmann Technik ein umfangreiches Entwicklungs- und Prozess-Knowhow für anspruchsvolle Hybridbauteile höchster Qualität erworben. Die SLS-GFK-Hybridlösung erlaubt geringes Gewicht, hohe E-Modul-Werte und Schlagfestigkeit und gleichzeitig ein Maximum an Designfreiheit und Funktionsintegration.

Handfeste Bauteilmehrwerte bei hybriden Kleinserien
„Unsere Philosophie des Connected Prototyping bedeutet für Kunden Vorteile bei Funktionsintegration, Prozessoptimierung und Ressourceneffizienz. Handfeste Bauteilmehrwerte bei hybriden Kleinserien sind die Folge“, erläutert Stephan Kegelmann, Geschäftsführer der Kegelmann Technik GmbH.
Connected Prototyping meint auch das additive Denken, die Anpassung der Konstruktion an die speziellen Möglichkeiten und Grenzen der eingesetzten Technologien, wie z.B. GFK (Faserverbundwerkstoffe) und SLS (Selektives Laser-Sinter-Verfahren). So werden im Rahmen der Prozesskonstruktion die Laminierformen entsprechend der späteren Verbindung mit SLS-Teilen gestaltet und Funktionsstifte, Verbindungspunkte und -flächen definiert. Halterungen, Clips, Rippen und funktionale Baugruppen sind so leichter realisierbar, es gibt einen hohen Grad konstruktiver Freiheit.

Integration komplexer Geometrien und Funktionen in Strak und Freiformflächen höchster Güte
Konkretes Anwendungsbeispiel ist ein Stoßfänger für Automobile mit integriertem Kühlergitter, der im Rahmen der B-Muster-Vorserie in Stückzahlen von etwa 1-15 Stück in seriennaher Qualität benötigt wird. Der Stoßfänger ist ein wesentliches Strak-Element des Automobils, d.h. er muss möglichst aerodynamisch sein und gleichzeitig als kundensichtbares und damit markenprägendes Designelement höchsten technischen und ästhetischen Ansprüchen genügen. Umgebungslichtreflektionen auf diesen Class A‑Freiformflächen höchster Güte werden anhand des Prototypen optimiert. Auf der anderen Seite müssen die Flächen entformbar sein und Raum lassen für weitere Bauteile und Konstruktionselemente.
Der Stoßfänger selbst wird mit GFK-Laminaten in einer CNC-gefrästen Negativform realisiert. Die spätere Oberfläche des Stoßfängers erhält dadurch eine hohe Genauigkeit und Glätte und stellt quasi die Schokoladenseite dar. Diese wird später durch Lackieren und Chromeffekte veredelt. Die Oberflächenbeschaffenheit der Rückseite ist für Funktion und Design weniger entscheidend und bleibt weitgehend unbehandelt. An den definierten Funktionsstiften und Verbindungspunkten und -flächen erfolgt die Integration der komplexen SLS-Funktionsteile in das Laminat. Das können z.B. detailgetreue Befestigungselemente für das Kühlerschutzgitter oder Sensoren sein.
Vorteile des Werkstoffes GFK-Laminat sind die ausgezeichneten Eigenschaften in Bezug auf Steifigkeit und Festigkeit, geringe Temperaturausdehnungskoeffizi­enten, geringes Gewicht, hervorragendes Korrosionsverhalten, sehr hohe Ermüdungs­festigkeit und gute Schadensto­leranz z.B. gegen Steinschlag.

Konstruktive Freiheit auch in der Kombination mit Serienteilen
Die Hybrid-Bauweise von GFK-Laminaten mit SLS-Teilen bringt die Vorteile additiver Fertigung und damit einen spürbaren Mehrwert in das Bauteil ein. Die erforderliche Bauteilgenauigkeit und gewünschte Oberflächenbeschaffenheit sowie überhängende Strukturen, Hinterschnitte, Hohlräume, Bohrungen und funktionale Baugruppen sind so leichter realisierbar, es gibt einen hohen Grad konstruktiver Freiheit.
Diese Hybrid-Bauweise wird durch die Bandbreite innovativer Fertigungsverfahren bei Kegelmann Technik und deren Kombinationsmöglichkeiten erst möglich. Für den Kunden bietet dieser Hybridansatz nicht nur die Vorteile geringen Werkzeugaufwandes und damit geringerer Investitionskosten bei der Entwicklung neuer Produkte, sondern auch bei Modellpflege und Derivaten in der späteren Serienphase. Hybrid funktioniert also auch, wenn z.B. das Kühlerschutzgitter aus der Serienproduktion in einen prototypischen Stoßfänger integriert werden soll. Der Zusammenbau des Stoßfängers als SLS-GFK-Hybridlösung erlaubt die ökonomische Produktion von kleinen Stückzahlen.
„Mit schnell verfügbarer seriennaher Qualität in kleinen Losgrößen, Leichtbau auch großer Bauteile, perfektem Finishing in Lack und Chromeffekten sowie viel Designfreiheit helfen wir unseren Kunden bei ihren Herausforderungen“, fasst Stephan Kegelmann die Chancen und Möglichkeiten hybrider Prototypen zusammen.

Kegelmann Technik GmbH stellt auf der HYBRIDExpo in Stuttgart vom 22.-24.9.15 auf dem Stand C2/C07 aus.

Weitere Informationen und Angaben finden Sie unter http://ktechnik.de.

Über Kegelmann Technik GmbH:
Kegelmann Technik ist seit über 25 Jahren führend bei der generativen Fertigung von Modellen, Prototypen, Werkzeugen und Endprodukten. Kegelmann Technik generiert durch Projektsicherheit, Innovationen und Produktivität zusätzliche Wertschöpfung für Kunden, die in einem Umfeld mit großen Herausforderungen Höchstleistungen erwarten.

Pressekontakt:
Kegelmann Technik GmbH
Klaus Rössler
Gutenbergstraße 15
63110 Rodgau-Jügesheim
Deutschland
069-514461
kt@roesslerpr.de
http://ktechnik.de

http://www.prseiten.de/img/news/3432/kegelmannstossfaengerhybridvorne200x13320150817.jpgHybride Prototypen mit SLS und GFK-Verbundwerkstoffen

Rapid Prototyping: Bei großen Bauteilen mit höherer Qualität näher an der Serie

Das materialsparende RIMFLEX-Verfahren der Kegelmann Technik GmbH schließt die Kosten-Qualität-Schere des Silikonformens bei größeren PU-Bauteilen und Losgrößen von 20 bis 300 Stück.

Vorteile RIMFLEX – Silikonform – Kegelmann Technik

Bei größeren Polyurethan-Bauteilen wie z.B. Stoßfänger oder Scheinwerfergehäuse in der Automobilindustrie setzen die Ingenieure von Kegelmann Technik auf ein eigenes innovatives Verfahren, das die Schere bei Stückkosten und Qualität des Silikonformens nahezu eliminiert. Es liegt in der Natur des Silikonformens, dass zum Erhalt einer halbwegs vernünftigen Qualität des Prototypen spätestens etwa alle 20-25 Stück eine neue Form hergestellt werden muss. Die Folge schon bei Losgrößen über 50 sind gleich zwei Probleme: eine extrem schwankende Qualität der einzelnen Prototypen sowie eine sprunghafte Stückkostenentwicklung.
„Das RIMFLEX-Verfahren ist ein hervorragendes Beispiel, wie das enorme Technologiewissen unserer Ingenieure um die vielfältigen Kombinationsmöglichkeiten der über 30 verschiedenen Fertigungsverfahren in unserem Werk Kosten und Qualität zugleich optimiert“, erläutert Stephan Kegelmann, Geschäftsführer der Kegelmann Technik GmbH.

Stabiles Qualitätsniveau über die gesamte Losgröße
Die Grafik „Vorteile des RIMFLEX-Verfahrens i.Vgl. zu Silikonformen“ zeigt anschaulich die Entwicklung der Stückkosten und der Stückqualität des Silikonformens bei Losgrößen bis 300 Stück. Man sieht deutlich, wie die rapide sinkende Qualität bereits nach etwa 20-25 Abgüssen jeweils eine neue Form erfordert, was dann zu einer sprunghaft steigenden Kostenentwicklung bei entsprechenden Losgrößen führt.
„Viel wichtiger als der Kostenvorteil ist unseren Kunden jedoch das gleichbleibend hohe Qualitätsniveau bei unserem RIMFLEX-Verfahren, schließlich werden aufgrund der Prototypen häufig Investitionsentscheidungen in Millionenhöhe getroffen“, so Kegelmann weiter.
Vergleicht man die Entwicklung der Stückkosten und der Qualität beim Silikonformen mit der entsprechenden Entwicklung beim RIMFLEX-Verfahren, werden die Kosten- und Qualitätsvorteile offensichtlich.
Ein weiterer wichtiger Parameter für die Wahl des jeweils optimalen Fertigungsverfahrens ist die Bauteilgröße. Insbesondere großflächige Teile wie beispielsweise Stoßfänger haben als Silikonformen ganz klar ihre Nachteile. Durch ihre Flexibilität und ihr großes Eigengewicht aufgrund des höheren Materialaufwandes sind diese nicht steif und hängen daher regelmäßig durch oder verformen sich. Dies führt zu Problemen bei Maßhaltigkeit und Wandstärken der PU-Teile, der Nutzen dieser Prototypen als Entscheidungsgrundlage bei nachfolgenden Tests, z.B. bei Sommer- und Winterfahrten, ist daher sehr fraglich.

Näher dran an der späteren Serienqualität
Speziell für diese Anwendungszwecke hat Kegelmann Technik gemeinsam mit der Huntsman Advanced Materials Division, einem führenden Hersteller kundenspezifischer Kunststoffe, eine besondere Polyurethan-Rezeptur mit Materialvorteilen entwickelt, die herkömmliche Vakuumgießharze nicht bieten können.

Basierend auf einem von der Daimler AG für den Einsatz bei Prototypen freigegebenen Material werden durch u.a. die Zugabe von ca. 30% Kurzglasfaser Schlagzähigkeit, Wärmeformbeständigkeit und E-Modul in den Bereich der späteren Serienqualität angehoben. Aufgrund seiner Zähflüssigkeit ist dieses Material nur in einer von Kegelmann Technik entwickelten RIMFLEX-Form im Niederdruck-RIM-Verfahren (Reaction Injection Moulding) zu verarbeiten.

Kostensenkungspotentiale fast im sechsstelligen Bereich
Welche Summen in der Prototypenfertigung mit dem RIMFLEX-Verfahren gespart werden können, zeigt das folgende konkrete Rechenbeispiel aus der Praxis.
Für die Erlkönige eines neuen Automodells wurden 150 Sätze Scheinwerfergehäuse (jeweils rechts und links) benötigt. Eine detaillierte Kosten-Nutzenanalyse ergab, dass die Prototypenfertigung mit Silikonformen insgesamt etwa 200.000 € (für rechts und links) gekostet hätte. Kostentreiber sind hier die geringe Standzeit der Silikonformen bei den gesetzten Qualitätsanforderungen und der hohe Materialaufwand aufgrund der Bauteilgröße. Demgegenüber bot die Fertigung im RIMFLEX-Verfahren über 35% Kostensenkungspotential – bei gleichzeitig insgesamt höherer Prototypenqualität. Im konkreten Fall (Losgröße 150, jeweils rechts und links) bedeuteten dies über 80.000 € Ersparnis. Keine Frage, dass der Kunde bei der Entscheidung für das RIMFLEX-Verfahren nicht lange zögerte.

Große Bandbreite innovativer Fertigungsverfahren
Damit kein Missverständnis aufkommt: Vakuumguss mit Silikonformen ist bei Kenntnis der Grenzen des Verfahrens in Bezug auf Losgrößen und Bauteilgrößen ein wichtiger Bestandteil des Rapid Prototyping, der bei Kegelmann Technik häufig zum Einsatz kommt. Mit dem RIMFLEX-Verfahren vergrößert sich jedoch die Bandbreite innovativer Fertigungsverfahren bei Kegelmann Technik und bietet so bei Kosten, Qualität und Bauteilgröße mehr Chancen und Möglichkeiten bei der Produktentwicklung.

Kegelmann Technik
Kegelmann Technik ist seit über 25 Jahren führend bei der generativen Fertigung von Modellen, Prototypen, Werkzeugen und Endprodukten. Kegelmann Technik generiert durch Projektsicherheit, Innovationen und Produktivität zusätzliche Wertschöpfung für Kunden, die in einem Umfeld mit großen Herausforderungen Höchstleistungen erwarten. Die Zertifizierung nach ISO/TS 16949:2009 dokumentiert das Qualitätsversprechen.
Bei vielen Kunden ist Kegelmann Technik in den Wertschöpfungsprozess voll integriert und nimmt eine Schlüsselstellung bei der erfolgreichen Entwicklung und dem Design innovativer Produkte ein. Während der gesamten Prozesskette der generativen Fertigung von Konstruktion und Design zum Modell bis zu seriennahen Prototypen setzt Kegelmann Technik den Fokus auf 100% Prozessqualität, Flexibilität und Geschwindigkeit. 40% der Umsätze werden mit Lösungen und Services erzielt, die keine 5 Jahre alt sind.
Die enorme Bandbreite innovativer Fertigungsverfahren unter einem Dach in Verbindung mit dem über viele Jahre erworbenen Technologiewissen der Mitarbeiter bietet Kunden zwei einzigartige Vorteile. Zum einen die Sicherheit, dass auf jeder Stufe der Produktentwicklung von der Idee bis zur absoluten Seriennähe jeweils das optimale Verfahren zum Einsatz kommt. Zum anderen die riesigen Chancen, die die enorm vielfältigen Kombinationsmöglichkeiten der verschiedenen Fertigungsverfahren bei der Produktentwicklung bieten.

Weitere Informationen und Angaben finden Sie unter http://ktechnik.de.

Über Kegelmann Technik GmbH:
Weitere Informationen unter www.ktechnik.de

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