Innovative, material- und energieeffiziente Herstellung von Kavitäten mittels 3-Druck im SLM (Selective Laser Melting) Verfahren

Kurzbeschreibung

Die Overath GmbH entwickelte sich seit 1987 von einem Hersteller für Verpackungsmaterial zu einem Unternehmen, das mit Ihrer Tochter Overath EPP GmbH komplette Mehrweg-Systemverpackungen aus expandiertem Polypropylen (EPP), Styropor (EPS) und expandiertem Polyethylen (EPE) mit der Technologie des Formschäumens herstellt. Im Juli 2018 wurden die SLM (Selective Laser Melting) Aktivitäten von der Overath EPP GmbH an die Overath SLM GmbH übertragen.

Die Produktion mit thermoplastischen Partikelschaumstoffen (EPS, EPP, EPE) durch Formschaumautomaten auf Basis von Kavitäten (Werkzeuge) bietet ein sehr differenziertes Anwendungsgebiet mit hohem Potential. Konventionelle Werkzeuge werden in der Regel aus Aluminiumblöcken spangebend bearbeitet und wiegen zwischen 200 - 500 Kilogramm. Trotz Einsatz von modernsten 5-Achs Fräszentren sind keine optimalen Strukturen durch den Prozess herzustellen. So entstehen ungleich dicke Wandungen, die energieverzehrende "Hotspots" oder "Coldspots" verursachen. Zudem lassen sich viele technische- und Designanforderungen mit dieser Art der Herstellung nicht realisieren.

Um die Nachteile der spanabhebenden Fertigung der Kavitäten zu eliminieren, hat die Overath SLM GmbH die erstmalige großtechnische Anwendung des selektiven Laserschmelzens (SLM) mit additiver Fertigung umgesetzt. Dies war nur durch Anwendung des "Selective Laser Melting" möglich, mit dem die neue Kavität realisiert werden sollte. Durch ein ganzheitliches SLM Anlagenkonzept ließ sich eine material- und energieschonende Produktion erzielen.

Bezogen auf 60 Werkzeuge für einen Basta Box Deckel XL sinkt der Materialverbrauch in der Herstellung von 4.800 Kilogramm/Jahr auf künftig 1.008 Kilogramm/Jahr und der Energieverbrauch von 60,63 Kilowattstunden/Kilogramm auf 40,87 Kilowattstunden/Kilogramm . Absolut bedeutet dies eine Senkung des Energieverbrauchs zur Herstellung der Werkzeuge von 291.024 Kilowattstunden auf künftig 41.197,73 Kilowattstunden und damit einhergehend eine Senkung der CO₂-Menge von 141.146,64 Kilogramm auf künftig 19.980,80 Kilogramm.

Die neuartige, funktionsintegrierte, monolithische Kavität wurde zunächst in einem vorhandenen Formschaumautomaten integriert. Im weiteren Verlauf wurde mit einem neuen, erstmalig auf die Anforderung der Kavitäten optimierten Formschaumautomaten, der eine integrierte Dampfkammer und Maschinenleichtbau beinhaltete, eine weitere Einsparung im Dampf- und Wasserverbrauch von mindestens 50 Prozent erreicht. Durch eine angepasste Sensorik und Überwachung des Prozesses wurden die Medienverbräuche deutlich einfacher und reproduzierbarer aufgenommen, verwertet und bewertet.