6 Tipps zur Senkung der Kosten für das Laser-Pulverbettschweißen

Bei der konventionellen Fertigung gilt die Faustregel: Je komplexer das Teil, desto höher die Kosten. Das ist bei additiven Fertigungstechnologien wie den folgenden nicht der Fall Laser-Pulver-Bett-Fusion (LPBF).

Komplizierte Designs mit Freiformflächen, Hinterschneidungen oder Innenformen sind nicht die wichtigsten preistreibenden Faktoren. Stattdessen ergeben sich die Kosten hauptsächlich aus dem Volumen - je höher der Preis, desto mehr Metallpulver wird für das Design benötigt.

Die Optimierung von Konstruktionen zur Minimierung des Volumens ist eine wesentliche Voraussetzung für die effektive Senkung der L-PBF-Kosten. Es ist auch wichtig, die Strategie zur Herstellung des Teils zu überdenken. Hier sind sechs Möglichkeiten zur Kostensenkung.

1. Topologie-Optimierung verwenden 

Bei der Topologieoptimierung werden algorithmische Modelle verwendet, um die Materialanordnung innerhalb bestimmter Spezifikationen zu optimieren. Diese Spezifikationen können sich auf Symmetrie, Materialeigenschaften, Belastungsbedingungen usw. beziehen. Kurz gesagt, es handelt sich um eine hervorragende Technik zur Senkung der Stückzahlen und der Kosten der additiven Fertigung von Metallen.

Die additive Fertigung von Metallteilen kann teuer werden, wenn große Mengen benötigt werden. Daher lohnt sich der Einsatz von Software zur Topologieoptimierung bei der Konstruktion von Metallteilen.

2. Entwurf von Gittern

Ein Gitter ist eine verflochtene Struktur aus sich wiederholenden Mustern. Man denke an die Sechsecke einer Bienenwabe oder die sich kreuzenden Balken einer Brücke. Bei L-PBF sind Gitter eine hervorragende Möglichkeit, starke und leichte Teile herzustellen. Gitter können anstelle von Vollmaterial verwendet werden, was zu erheblichen Kosteneinsparungen führt. Die Konstruktion von Gittern kann über CAD-Programme automatisiert werden. Es ist relativ einfach, die Strukturen durch additive Fertigung zu drucken - unabhängig von ihrer Komplexität.

Ein massiver Würfel im Vergleich zu einem Würfel mit Gittern

Topologieoptimierung und Gitter können gemeinsam eingesetzt werden. Die Forschung zeigt, dass die beiden Techniken besonders effektiv sind, wenn sie kombiniert werden. Eine Studie 2019 zeigte, dass die Verwendung von Gittern und der Einsatz von Topologieoptimierung die Kosten um 54 Prozent reduzierte. Auch das Gewicht des Teils und die Produktionszeit sanken um die Hälfte.

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3. Filet-Ecken

In der Regel ist es sinnvoll, alle scharfen Kanten in Ihrem Entwurf zu verrunden (abzurunden). Ein Grund dafür ist, dass in den Ecken Spannungskonzentrationen auftreten. Ein anderer Grund ist die Kostenreduzierung. Durch das Verrunden der Außenkanten wird etwas weniger Metallpulver benötigt. Die Verrundung bedeutet keine massive Kostenreduzierung, aber die Einsparungen können sich mit der Zeit summieren. Außerdem wird durch die Beseitigung von Spannungskonzentrationen die Wahrscheinlichkeit eines Teileversagens verringert, was unerwartete Kostenüberschreitungen verhindert.

4. Verstehen der verschiedenen Metallpulver

Zu Beginn dieses Leitfadens haben wir bereits erwähnt, dass die Menge einer der wichtigsten Faktoren für den Preis ist. Das ist richtig, aber auch die Art des Metallpulvers wirkt sich auf den Preis aus. Je nach Projekt müssen bestimmte Metalle verwendet werden, da sie unterschiedliche mechanische Eigenschaften aufweisen. Außerdem gibt es Pulvervarianten, die verschiedene Metallsorten kombinieren oder unterschiedliche Reinheitsgrade aufweisen.

Die Wahl der günstigsten Metallart mit allen erforderlichen mechanischen Eigenschaften trägt zur Kostensenkung bei. Die weltweiten Metallpreise schwanken aufgrund der wirtschaftlichen Bedingungen, aber hier finden Sie die wichtigsten Metallarten im Preisvergleich.

5. Menge überdenken

Dies ist kein Design-Tipp, sondern eher ein strategischer. Bei der additiven Fertigung ist die Produktion kleinerer Stückzahlen deutlich billiger als die konventionelle Fertigung. Das liegt daran, dass bei der additiven Fertigung keine Werkzeuge mehr benötigt werden. Ohne die Kosten für die Werkzeugkonstruktion und -herstellung bleiben die Herstellungskosten pro Stück nahezu konstant - wie in der folgenden Grafik zu sehen ist. Aufgrund der geringeren Vorlaufkosten und der kurzen Vorlaufzeiten ist die additive Fertigung besonders beliebt für die Herstellung von Prototypen, Werkzeugen, Vorrichtungen und Endverbrauchsteilen auf Abruf.

Dieses Diagramm zeigt auch, dass die Kosten pro Einheit, so teuer die konventionelle Fertigung anfangs auch sein mag, sinken, wenn mehr Einheiten produziert werden. Ihre Produktionszahlen stellen sicher, dass die additive Fertigung immer die ideale Technologie ist. Dieses Diagramm zeigt jedoch, dass es wichtig ist, zu wissen, wann sich die Kostenkurve in die andere Richtung verschiebt. Wenn dies der Fall ist, ist es am besten, vorbereitet zu sein und die ideale Produktionsmethode für Ihr Projekt zu überdenken.

6. Erhalten Sie Fast-Echtzeit-Preise für Iterationen

Kosten sollten keine Blackbox sein. Wenn Sie mit verschiedenen Materialien, geänderten Entwürfen und anderen Faktoren experimentieren, ist es das Letzte, was Sie tun möchten, zu warten, um die Auswirkungen auf den Preis zu sehen. Zum Glück sind die Zeiten vorbei, in denen man einen Entwurf einreicht und auf ein manuelles Angebot wartet.

Mit MakerVerse können Sie zum Beispiel einen Entwurf hochladen und erhalten sofort ein Angebot. Die Preise werden sofort aktualisiert, wenn Sie die verschiedenen Optionen in Bezug auf Materialien, Oberflächen und mehr ändern. Wenn Sie das Design ändern, können Sie es einfach erneut hochladen, um ein neues Sofortangebot.

Nächste Schritte

Die Technologie der additiven Fertigung entwickelt sich ständig weiter. Bestehende Verfahren werden kontinuierlich verbessert, während völlig neue Technologien entwickelt werden. Dies bedeutet, dass die additive Fertigung nie statisch ist. Es handelt sich um eine dynamische Technologie, bei der es von Vorteil ist, über die neuesten Trends auf dem Laufenden zu bleiben, um Möglichkeiten zur Preisoptimierung zu finden.