Kurtz + Alpha 140
Future-Proof: Alpha 140
Direkter Einstieg in den metallischen 3D-Druck
Der 3D-Druck ist ein relativ junges Fertigungsverfahren – das selektive Laserschmelzen, eines von mehreren 3D-Drucktechnologien, startete 1995 am Fraunhofer Institut in Aachen als deutsches Forschungsprojekt, aus dem das Patent SLM DE 19649865 hervorging. Die Industriewelt nennt das Verfahren Additive Fertigung oder „Additive Manufacturing“ (AM). Längst ist es den Kinderschuhen entwachsen und schickt sich an, Branchen wie den Automobil- und Maschinenbau oder die Medizin und Luftfahrttechnik dramatisch zu verändern. Auch Maschinenbauer Kurtz Ersa ist überzeugt vom AM-Potenzial – so sehr, dass jüngst mit dem Alpha 140 der Einstieg in den Maschinenmarkt für Additive Fertigung erfolgte.
Besonders kennzeichnet den Alpha 140, dass er innovative additive Fertigungstechnologie mit einfacher Bedienung bei niedrigen Systemkosten verbindet. Damit ist der Alpha 140 die optimale Lösung für die werkzeuglose Produktion von Metallteilen, vor allem geeignet für kleine und mittlere Unternehmen. Äußerst interessant ist die neue Anlage für Unternehmen aus dem Formen- und Werkzeugbau, ist der Alpha 140 doch das perfekte System, komplexe Strukturen – wie z.B. Werkzeuge mit innenliegender, konturnaher Kühlung – mit größter Geometriefreiheit schnell und kostengünstig abzubilden.
Speziell bei kleinen Losgrößen spielt der 3D-Drucker seine Stärken aus, weil sich dabei kostspielige Aufwände für Werkzeuge einsparen lassen. Dadurch rückt er auch ins Blickfeld von Hochschulen und Forschungsinstituten. Mit seinem Konzept aus „einfach“, „wirtschaftlich“ und „offen“ entspricht der 3D-Drucker dem Marktbedarf nach Leichtbau, Sonderwerkstoffen, Individualisierung, Kleinserien und grenzenloser Geometriefreiheit zur Realisierung völlig neuer Formen. Bei der Entwicklung verzichteten die Ingenieure auf wartungsintensive Maschinenkomponenten, hielten den Anlagenpreis dank eines anwenderzentrierten Maschinenlayouts niedrig und setzten auf ein breites Einsatzspektrum nutzbarer Metallwerkstoffe mittels frei variierbarer Prozessparameter. Damit markiert der Alpha 140 den perfekten Einstieg in den metallischen 3D-Laserdruck zum besten Preis-Leistungs-Verhältnis.
Optimierter Fertigungsprozess
Technisch setzt der Alpha 140 auf einen fasergekoppelten Diodenlaser mit 140 Watt Leistung und bietet damit optimale Eigenschaften zur präzisen Verarbeitung zahlreicher Werkstoffe. Der Fokus-Durchmesser von 140 µm ermöglicht die Herstellung von feinen Details und dünnen Wandstärken. Schichtstärken zwischen 30 µm und 90 µm erlauben einen bauteil- und materialabhängig optimierten Fertigungsprozess. Der runde Bauraum des Alpha 140 misst im Durchmesser 140 mm und ermöglicht eine Bauhöhe von max. 200 mm. Das spindelgetriebene Achssystem erlaubt eine hohe Positionier- und Wiederholgenauigkeit des Lasersystems. Mit 1,70 x 0,95 m Grundfläche ist die kompakt bauende „Plug and produce“-Maschine prädestiniert für platzsparenden Einsatz in Produktionsumgebungen und Forschungslaboren – der Anschluss mittels Kaltgerätestecker und optionaler Luftkühlung sorgt für eine extrem vereinfachte Aufstellung.
Die auf dem Alpha 140 hergestellten Bauteile erreichen Festigkeiten vergleichbar mit denen konventioneller „Laser Powder Bed Fusion“-Maschinen (LPBF) und Dichten >99,5 Prozent, sind dabei aber um bis zu 80% wirtschaftlicher. Damit leistet der Kurtz Ersa Alpha 140, engineered by Laser Melting Innovations, einen wesentlichen Beitrag zum European Green Deal, der sich den klimaneutralen Kontinent bis 2050 zum Ziel gesetzt hat. Verfügbare Materialien und Parametersätze für den Alpha 140 umfassen Edelstähle wie 1.4404, Nickelbasislegierungen (z.B. IN625 und IN718), Werkzeugstahl und Aluminium-Legierungen (AlSi7Mg). Das offene Systemdesign ermöglicht auch eigene Materialqualifizierungen und die Entwicklung neuartiger Werkstoffe.
Die in Gantry-Bauweise geführte Laseroptik ermöglicht einen konstanten Fokus-Durchmesser im gesamten Bauraum. Eine laminare Schutzgasströmung schafft optimale Prozessbedingungen für den inerten Schweißprozess und zum Schutz der Laseroptik. Optional ermöglicht ein ins Maschinengehäuse integrierter Stickstoffgenerator den autarken Betrieb ohne zusätzliche externe Schutzgaszufuhr und reduziert damit Prozesskosten sowie notwendige Peripherie. Und da der Alpha 140 als kompletter 3D-Drucker angelegt ist, verfügt er über eine eigene Software für die Datenaufbereitung – über voreingestellte Parametersätze ohne Vorkenntnisse oder über weitgehende manuelle Einflussnahme: Vom Bauteildesign über Simulation und Generieren von Supportstrukturen bis zur Datenaufbereitung lässt sich darin der gesamte AM-Workflow abbilden.
Starke Partnerschaft: LMI und Kurtz Ersa
Entwickelt wurde der Alpha 140 von der Laser Melting Innovations GmbH & Co. KG, einer Ausgründung auf dem Aachener High Tech Campus. Rund um die RWTH Aachen ist das Thema 3D-Druck seit vielen Jahren ein wesentlicher Bestandteil der Entwicklungsaktivitäten. So verfügt auch das Aachener LMI-Team über eine fundierte Expertise von über 20 Jahren auf dem Gebiet der additiven Fertigung. „In Aachen, der Wiege des Metal Additive Manufacturing, arbeiten mehr als 200 Top-Entwickler, Spezialisten und junge Talente kontinuierlich am Thema Additive Fertigung. Neben Prozessen und Maschinen haben wir dabei insbesondere den Nutzen für den industriellen Anwender im Auge, vom Bauteildesign über den 3D-Druck und die Nachbearbeitung bis hin zum einsatzfertigen Bauteil. Wir haben hier direkten Zugriff auf einen Erfahrungsschatz von mehr als 1.000 Personenjahren. Dies stellen wir unseren Partnern zur Verfügung“, beschreibt Professor Johannes Henrich Schleifenbaum, einer der LMI-Gründer, den Vorteil des Standorts in Nordrhein-Westfalen.
Die schnelle Markteinführung gelang durch die Kooperation mit dem Maschinenbauer Kurtz Ersa, der auf ein weltweites Vertriebs- und Servicenetz zugreifen kann. „Der 3D-Metalldruck ergänzt unsere Beziehungen in der Manufacturing-Szene und passt hervorragend zu unserer Strategie ,GLOBAL. AHEAD. SUSTAINABLE.‘, mit der wir uns in unseren jeweiligen Märkten als Technologieführer präsentieren“, erklärt Kurtz Ersa-CEO Rainer Kurtz, der sich gemeinsam mit Kurtz Geschäftsführer Uwe Rothaug über die „fantastisch kurze ,Time to Market‘“ des Alpha 140 freut. Nach Abschluss des Kooperationsvertrages im August 2020 startete die Montage des ersten 3D-Druckers zehn Wochen später, bevor wenige Tage vor Weihnachten die erste Auslieferung erfolgte. Inzwischen sind weitere Systeme installiert und produzieren bereits, etwa beim Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) und im Fraunhofer-Geschäftsbereich Funktionswerkstoffe am Standort Hanau (Institut für Wertstoffkreisläufe und Ressourcenstrategie IWKS), stehen kurz vor Vertragsabschluss oder wurden bereits bestellt wie an der Technischen Hochschule Köln oder bei Unternehmen aus der Industrie.
Weltweite Verfügbarkeit mit 24-Stunden-Service
Gefertigt wird der Alpha 140 im nordbayerischen Kreuzwertheim in der Kurtz Ersa Maschinenfabrik. Über die weltweite Präsenz ist auch ein 24-Stunden-Service verfügbar – in den strategisch erreichbaren Demo-Centern des Kurtz Ersa-Konzerns sind Live-Präsentationen möglich, in Aachen öffnet demnächst ein „Alpha 140“-Showroom für Interessenten. Die Kooperation ist für beide beteiligte Unternehmen eine klassische Win-win-Situation: Für Kurtz Ersa ist das Prozess-Know-how des LMI-Teams im Bereich Additive Manufacturing der Schlüssel zum Einstieg in das neue Geschäftsfeld. LMI seinerseits nutzt als junges Technologieunternehmen die Vertriebs- und Servicekanäle des etablierten Maschinenbauers Kurtz Ersa als perfekte Ergänzung zum Roll-out des metallischen 3D-Drucks. Der Alpha 140 ist ein bemerkenswerter Auftakt auf dem weiten Feld des Additive Manufacturing, dem sicher weitere Schritte folgen werden.
Alpha 140: Montage und Showroom in Wiebelbach
Showtime: Der Alpha 140 zeigt, was er kann – im Demo Center des Kurtz Ersa-Konzerns am Standort Wiebelbach
