KSS-Düsen aus dem 3D-Drucker - eine optimale Lösung?

Das additive Fertigen mit Hilfe des 3D-Drucks von Metallbauteilen ermöglicht eine völlig neue Herangehensweise an die Konstruktion und die Fertigung von Bauteilen. Diesen Umstand haben wir bei Grindaix genutzt, um unsere Kühlschmierstoff-Düsen, die bereits in konventionell gefertigter Ausführung erfolgreich im Einsatz sind, weiter zu verbessern. Ein besonderer Aspekt unserer Optimierung ist die Anpassung der Düse an die erforderlichen Strömungseigenschaften des Kühlschmierstoffs.

Der 3D-Druck als Fertigungsverfahren bietet eine Vielzahl an Vorteilen, die eine von grundauf neu gedachte Konstruktion und Fertigung von Bauteile erlaubt. Allerdings müssen auch einige Nachteile berücksichtigt werden. Die Vor- und Nachteile, Herausforderungen und Möglichkeiten haben wir in unserem Magazinartikel "Bauteile (3D) drucken" aufbereitet. In diesem Artikel gehen wir speziell auf die Optimierung unserer KSS-Zuführsysteme mit Hilfe der 3D-Druckverfahren ein.

Optimierte Bauteile durch 3D-Druck für den Einsatz in Werkzeugmaschinen

Beim 3D-Drucken folgt die Form der Funktionsanforderung. Fertigungstechnische Anforderungen, wie sie bei konventionellen Fertigungsverfahren vorherrschen, müssen hier nun nicht ebenso bedeutend berücksichtigt werden. Die dadurch mögliche Bauteiloptimierung bietet gleich in mehrerlei Hinsicht Vorteile, die z.B. auch bei den in Werkzeugmaschinen eingesetzten Kühlschmierstoff-
Düsen zahlreiche Verbesserungen ermöglichen - Bauteile können besser an ihre Funktion angepasst werden. Vorher nicht fertigbare Geometrien und Strukturen können mit 3D-Druck realisiert werden. Durch geschickte Konstruktion und Einsatz von optimierten Bauteilstrukturen lässt sich Werkstoff und damit Gewicht einsparen.

Optimierte KSS-Düsen für das Innenrund-Schleifen

Zur Veranschaulichung der Vorteile des 3D-Drucks stellen wir unsere konventionell gefertigte Kühlmitteldüse für das Innenrundschleifen unserer optimierten 3D-Druck-Ausführung gegenüber. Der Innenrund-Schleifprozess bietet nur sehr begrenzten Raum für die Unterbringung der Kühlmitteldüse. Gleichzeitig muss die Kühlmitteldüse allerdings möglichst nah an der Zerspanstelle positioniert werden, damit der Kühlschmierstoff optimal und zielgerichtet  in die Bearbeitungszone eingebracht werden kann. Aufwändige Fräskonstruktionen mit diversen Bohrungen waren notwendig, um auf konventionelle Art eine funktionsfähige Kühlschmierstoffdüse für das Innenrundschleifen konstruieren und herstellen zu können. Kleine Schleifspaltlängen können mit der konventionellen Düse in voller Breite ausreichend versorgt werden. Lange Schleifspalte (hohe Schleifscheiben-Breiten) können mit der konventionell gefertigten Düse allerdings nicht versorgt werden.

Bei der Neukonstruktion unserer Kühlmitteldüse, speziell ausgerichtet auf die Fertigung mittels 3D-Druck, konnten viele Produkteigenschaften deutlich verbessert und Vorteile bei der Fertigung erzielt werden:

• Die Kühlmitteldüse wurde vollständig an ihre Funktion angepasst. Auf Grundlage einer detaillierten Strömungssimulation wurde die Bauteilgeometrie zur Generierung eines optimalen Strömungsverhaltens des Kühlmittels festgelegt. Auch Leitstrukturen in Form genau angepasster Stege können beim 3D-Drucken mit in das Bauteil eingebracht werden. Neben der Optimierung der Strömungseigenschaften wurde die Geometrie des Bauteils verbessert.
• Aussparungen und Hohlräume sowie eine geringe Wandstärke ermöglichten eine erhebliche Gewichtseinsparung. Trotz des filigranen Aussehens ist die Kühlmitteldüse für das Innenrund-Schleifen sehr steif, sodass auch eine Vergrößerung der Versorgungsbreite möglich wurde. 
• Durch die hohe Flexibilität des 3D-Drucks lassen sich für alle Bearbeitungsaufgaben speziell angepasste Kühlmitteldüsen konstruieren. Eine flexible Anpassung (Bauraum/Versorgungsbreite) an diverse Innenrund-Schleifprozesse ist möglich.

Bei allen technischen Vorteilen des 3D-Druckens müssen aber auch die Nachteile des Verfahrens bei der Produktionsplanung berücksichtig werden. Neben der temperaturbedingten Werkstoffbeeinflussung ist ferner der Preis maßgeblich für die Entscheidung über die Anwendung des 3D-Drucks. Dieser liegt in den meisten Fällen um ein vielfaches höher als bei konventioneller Fertigung. Die Kosteneinsparung bei Einsatz der konventionellen Fertigung wird dabei allerdings mit dem Verlust vieler vorteilhafter Bauteileigenschaften erkauft.

Zusammenfassung

Der 3D-Druck steckt noch in der Entwicklung, etabliert sich aber schrittweise und zunehmend in der industriellen, professionellen Anwendung. Neben einigen Nachteilen und notwendigen Nacharbeiten an 3D-Druck-Bauteilen bietet der 3D-Druck eine völlig neue Flexibilität bei der Konstruktion und Herstellung von Bauteilen.

Dies hat sich auch die Grindaix GmbH zu Nutze gemacht, um Kühlschmierstoffdüsen wesentlich funktionsorientierter gestalten zu können. Die Form folgt der Funktion, fertigungstechnische Restriktionen nehmen ab und so sind bessere, maßgeschneiderte Bauteile realisierbar.

Sie möchten Ihre Werkzeugmaschine mit strömungs- und anwendungsoptimierten KSS-Düsen ausstatten? Wir sind Ihr Ansprechpartner – denn wir verbinden unser Know-How auf dem Gebiet der KSS-Zuführung in Werkzeugmaschinen mit professioneller Strömungssimulation und erreichen so ein optimales, anwendungsbezogenes Design Ihrer Kühlschmierstoff-Düsen. Bei der  Fertigung kooperieren wir mit erfahrenen 3D-Druck-Unternehmen aus dem Bereich des Lasersinterns.
Einige Beispiele zu unseren 3D-Druck-Düsen finden Sie hier.
Sollten Sie Interesse an einer optimierten (ggfs. 3D-gedruckten) Kühlmitteldüse haben, dann nehmen Sie einfach Kontakt mit unseren KSS-Profis auf. Wir freuen uns auf Ihre Anfrage!