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FH-Cast - Verfahren zur Gussformherstellung im Labormassstab mittels 3D-gedruckten ausschmelzbaren Kunststoff-Positiven

FH-Cast steht für Fast Hybrid Casting und geht aus der Kombination von Sand und Feinguss hervor. Der Begriff bezeichnet ein Verfahren zur Gussformherstellung, das sich ausgezeichnet für die rasche Herstellung von komplexen Gussformen ohne grosse Infrastruktur und personellem Aufwand eignet.

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Ziele

Die Herstellung von konventionellen Gussformen (z.B. Kokillen) ist für die Versuchsbauteilfertigung sowie Prototypenherstellung zu kostenintensiv, zeitaufwändig und unflexibel.

Daher soll ein Verfahren zur einteiligen Gussformherstellung im Labormassstab entwickelt werden mit dem Fokus auf geringe Infrastrukturkosten, geringem personellem Aufwand und hohem geometrischem Freiheitsgrad inklusive Hinterschnitten am Gussstück.

Grundlage

Das Verfahren nutzt die neuen Möglichkeiten der Digitalisierung zur Gussformherstellung im Labormassstab. Die Grundlage bildet die Additive Fertigung von Kunststoff-Positivformen mittels kostengünstiger FFF-3D-Drucker (Fused-Filament-Fabrication) ausgehend von einem 3D-CAD-Modell. Diese Positivformen werden anschliessend im Formstoff eingebettet und in einem zweiten Prozessschritt thermisch aus der Form gelöst. Es entsteht so eine einteilige Gussform mit einem Hohlraum, welcher geometrisch dem ursprünglichen Kunststoffpositiv entspricht. Diese kann nun kann mittels Schwerkraftguss abgegossen und das abgekühlte Gussstücks entformt sowie nachbearbeitet werden.

Ergebnisse

Positivformen können direkt ab 3D-CAD-Modell ohne aufwändige gusstechnische Bauteil-geometrieanpassung wie z.B. Formtrennebenen und Entformungsschrägen hergestellt werden. Mit einer speziell entwickelten Testgeometrie wurde der Prozess validiert und Abgüsse mit diversen AlSi-Legierungen sowie Messing und Zink in furangebundenem Quarzsand durchgeführt. Realisierbar sind Wandstärken von 1.8 mm und Hinterschnitte am Gussstück.  Weiter wird mit dem Prozess eine hohe Abbildungsgenauigkeit und Masshaltigkeit des Gussstücks gegenüber der Positivform erreicht. Ausserdem konnte gezeigt werden, dass die mechanischen Eigenschaften den Spezifikationen von konventionellem Sandguss entsprechen (untersucht mit AlSi7Mg Zugpropen).

Das FH-Cast-Verfahren eignet sich ausgezeichnet für die rasche Herstellung von komplexen Gussformen ohne grosse Infrastruktur und personellem Aufwand. Das Verfahren im Labormassstab findet Verwendung in einem breiten Einsatzbereich wie die Versuchsbauteilfertigung, Prototypenherstellung sowie für Ausbildungszwecke im Giessereiwesen unter Anwendung neuester Technologien.

Ausblick

Anstelle von Quarzsand wird neu eine spezielle Feingussmasse als Formstoff evaluiert. Die Erwartungen sind, dass dadurch eine bessere Oberflächengüte der Gussbauteile sowie filigranere Bauteilgeometrien realisiert werden können.

Projekt-Information

Ausführung Institut für Produkt- und Produktionsengineering FHNW, Giesserei-Zentrum FHNW
Projektteam FHNW: Kerry Bächle, Pascal Dessarzin
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