Hybride Fertigung: DED & 5-Achs-CNC im kombinierten Fertigungsprozess
Leitfaden zur Hybridfertigung: DED-Laserauftragschweißen und 5-Achs-CNC-Fräsen in einer Aufspannung. Prozessketten, Nullpunktgenauigkeit und ROI.
Die additive Fertigung glänzt bei geometrischer Komplexität und Materialeffizienz, erreicht jedoch verfahrensbedingt keine Passungsmaße oder Spiegelflächen. Das CNC-Fräsen liefert mikrometergenaue Toleranzen (IT6/IT7), ist jedoch bei Hohlräumen und teuren Superlegierungen stark limitiert. Die Hybride Fertigung vereint DED (Draht- oder Pulver-Laser) und 5-Achs-Zerspanung in einem einzigen Bearbeitungszentrum in einer einzigen Aufspannung.
- Vereint additive Gestaltungsfreiheit mit subtraktiver IT6/IT7-Präzision in einer einzigen Maschinenaufspannung.
- Ermöglicht das Fräsen von internen Kanälen und Kavitäten, während das Bauteil Schicht für Schicht wächst.
- Reduziert Buy-to-Fly-Raten bei schwer zerspanbaren Superlegierungen (Inconel, Titan) von 15:1 auf unter 1.5:1.
Technische Kennwerte & Verfahrensvergleich
ISO/ASTM 52900| Kriterium | Konventionelle getrennte Kette (AM + CNC) | Hybride Fertigungszelle (DED in CNC) |
|---|---|---|
| Aufspannung | Zwei oder mehr separate Spannmittel & Messungen | 1 einzige Aufspannung für Aufbau & Schlichten |
| Nullpunktwiederholgenauigkeit | 0.05 - 0.2 mm (Rüstfehler möglich) | < 0.005 mm (im Maschinensystem kalibriert) |
| Zugänglichkeit für Zerspanung | Nur von außen zugänglich nach Fertigstellung | Schichtweises Fräsen innenliegender Kanäle möglich |
| Durchlaufzeit (Lead Time) | Tage bis Wochen (Lagerung, Transport, Rüsten) | Stunden (kontinuierlicher automatisierter Ablauf) |
| Zusatzfunktionen | Keine | In-Process-Messung (Taster/Laser) & Härten |
| Werkstoffvielfalt | Eingeschränkt auf Systemtyp | Draht-LMD, Pulver-LMD oder Multi-Material |
| Investitionsaufwand | Zwei separate Maschinenparks | Höhere Einzelmaschineninvestition, geringere Stellfläche |
Das Prinzip der alternierenden Fertigung
In einer hybriden Maschine (wie z.B. Bearbeitungszentren mit integriertem Laser-Auftragskopf wie Meltio Engine, DMG MORI Lasertec oder Mazak Integrex) wechseln sich additiver Materialauftrag und spanende Nachbearbeitung ab. Ein entscheidender Vorteil: Bereiche, die nach Fertigstellung des Gesamtkörpers verdeckt oder hinterschnitten wären (z.B. spiralförmige Kühlkanäle in Turbinenrotoren oder komplexe Strömungskanäle), können gefräst werden, solange sie geometrisch noch offen liegen. Anschließend verschließt der Laserkopf den Kanal mit neuem Material.
Eliminierung von Rüstfehlern und Nullpunktverlust
Beim konventionellen Transfer von einer reinen AM-Anlage in ein CNC-Zentrum vergeht wertvolle Zeit für das optische Einmessen des unregelmäßig gewachsenen Rohlings. Toleranzfehler von mehreren Zehntelmillimetern sind typisch. In der Hybridmaschine bleibt das Bauteil auf dem Rundtisch aufgespannt. Der integrierte Renishaw-Messtaster erfasst die additiv aufgetragene Geometrie direkt im Arbeitsraum und kompensiert Maßabweichungen vor dem Schlichtfräsen in Echtzeit.
Wirtschaftlichkeit bei Reparatur und Feature-Aufbau
Besonders hoch ist der ROI beim Hinzufügen von Features auf Standardprofilen: Statt einen Flansch oder Kragen aus einem 200-kg-Schmiedeblock auf 15 kg herunterzufräsen, startet der Prozess mit einem günstigen 12-kg-Standardrohr. Der DED-Laserkopf baut den Flansch lokal auf, und die 5-Achs-Spindel überfräst Dichtsitze und Gewindebohrungen in Minuten. Die Materialausnutzung steigt von 10 % auf über 90 %.
Programmierherausforderungen: CAD/CAM-Kopplung
Die größte Hürde moderner Hybridfertigung liegt in der Softwarekette. Spezialisierte CAM-Pakete (z.B. Siemens NX Hybrid, Mastercam oder Open Mind hyperMILL) müssen die thermische Vorgeschichte berücksichtigen, Kollisionsbetrachtungen zwischen Schweißkopf und Spindel durchführen und dynamische Werkzeugwege generieren, um Wärmestaus in dünnen Wänden zu vermeiden.
Häufig gestellte Fragen (FAQ)
Können bestehende CNC-Fräsmaschinen mit DED nachgerüstet werden?
Wie wird das Kühlschmiermittel in der Hybridmaschine gehandhabt?
Welche Oberflächengüten werden erreicht?
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