Drucken. Ausbrennen. Gießen.

Was hinter Feinguss mit 3D-gedruckten Modellen wirklich steckt.

 

3D-Druck und Feinguss wirken zunächst wie zwei Fertigungswelten, die nichts miteinander zu tun haben. Doch gerade ihre Verbindung eröffnet neue, interessante Möglichkeiten.

Beim Feinguss mit 3D-Druck wird nicht das spätere Bauteil aus Bronze, Kupfer oder einer anderen Metalllegierung gedruckt. Die additive Fertigung setzt einen Schritt früher an: beim verlorenen Gussmodell. Dieses entsteht aus digitalen Konstruktionsdaten, wird eingebettet und anschließend ausgebrannt. Der zurückbleibende Formhohlraum bildet die Geometrie für das spätere Gussteil.

Was nach einer einfachen Prozesskette klingt, hat MAKRA PRO in der Praxis intensiv beschäftigt. Denn ein präzises gedrucktes Modell ergibt noch keinen reproduzierbaren Gussprozess. Einbettung, Ausbrennen, Temperaturführung und Metallschmelze müssen zusammenspielen.

Genau dieses Zusammenspiel hat MAKRA PRO über reale Entwicklungs- und Kundenprojekte sowie zahlreiche eigene Versuche erarbeitet. Heute wurde der entwickelte Prozess bereits mit Bronze und Kupfer erfolgreich umgesetzt. 

 

Was hat 3D-Druck mit Feinguss zu tun?

Feinguss arbeitet nach dem Prinzip der verlorenen Modelle: Ein Modell des späteren Bauteils wird eingebettet und anschließend ausgebrannt. Der entstandene Hohlraum wird mit einer Metallschmelze gefüllt. Nach dem Erstarren und Entformen bleibt das Gussteil zurück.

Bei MAKRA PRO wird dieses verlorene Modell im SLA-Verfahren aus Formlabs True Cast Resin gefertigt. Hierbei handelt es sich um ein wachsgefülltes Material, das speziell für Präzisionsgussanwendungen und das anschließende Ausbrennen entwickelt wurde.

In früheren Versuchen kam noch Castable Wax Resin zum Einsatz. Mit True Cast Resin wurde auch der eigene Prozess weiterentwickelt. Nach Erfahrung von MAKRA PRO entsteht damit unter anderem weniger Rauch beim Ausbrennen.

Das Grundprinzip des Feingusses bleibt also bestehen. Was sich verändert, ist der Weg über den das verlorene Modell entsteht.

 

Wie aus einer konkreten Aufgabenstellung ein neuer Fertigungsweg entstand

Die Entwicklung des heutigen Prozesses begann nicht mit dem Plan, ein weiteres Fertigungsverfahren anzubieten. Ausgangspunkt war eine konkrete technische Aufgabenstellung aus einem Kundenprojekt.

Für Entwicklung und Umsetzung standen nur rund fünf Wochen zur Verfügung. Über die zunächst betrachteten Fertigungswege ließ sich die benötigte Lösung innerhalb der Anforderungen und des verfügbaren Zeitfensters nicht wie gewünscht realisieren.

Im Anschluss wurde untersucht, ob sich das benötigte Bauteil direkt additiv mit einem hohen Kupferanteil fertigen lässt. Für die Anforderungen des Projekts und insbesondere die vorgesehene Oberflächenbehandlung erwies sich dieser Weg jedoch als ungeeignet.

Also wurde die Aufgabenstellung neu betrachtet:

Was wäre, wenn der 3D-Druck nicht das endgültige Bauteil erzeugt, sondern die Grundlage für einen klassischen Gussprozess?

Aus dieser Frage entwickelte sich die Verbindung aus additiver Modellherstellung und Feinguss, die MAKRA PRO anschließend Schritt für Schritt weiterentwickelte.

Das konkrete Kundenprojekt unterliegt einer Vertraulichkeitsvereinbarung. Identifizierende Projekt- und Kundendetails können deshalb nicht genannt werden. Die daraus gewonnenen technischen Erfahrungen bilden jedoch einen wichtigen Teil des heutigen Prozesswissens.

 

So funktioniert Feinguss mit 3D-gedruckten Modellen bei MAKRA PRO

Die Prozesskette lässt sich kompakt zusammenfassen:

1. Digitales Modell vorbereiten: Die Geometrie wird digital für den späteren Gussprozess vorbereitet.

2. Gussmodell drucken: Das verlorene Modell wird im SLA-Verfahren aus True Cast Resin gefertigt.

3. Modell einbetten: Das Modell wird in ein geeignetes Einbettmaterial eingebettet. MAKRA PRO verwendet aktuell Prestige Optima.

4. Modell ausbrennen: Das gedruckte Modell wird durch eine definierte Temperaturführung entfernt. Zurück bleibt der Formhohlraum.

5. Metall gießen: Die Form wird mit der Metallschmelze gefüllt. MAKRA PRO hat den Prozess bereits mit Bronze und Kupfer umgesetzt.

6. Entformen und weiterbearbeiten: Nach dem Erstarren wird das Gussteil entformt und je nach Anwendung weiterbearbeitet oder veredelt.

Auf dem Papier klingt das einfach:

Drucken. Ausbrennen. Gießen.

In der Praxis steckt zwischen diesen drei Begriffen jedoch ein erheblicher Teil des eigentlichen Prozesswissens.

 

Warum ein gutes 3D-Modell noch kein gutes Gussteil ergibt

Bis zur Weiterentwicklung des heutigen Prozesses führte MAKRA PRO rund 50 Druckversuche und 35 Gussversuche durch.

Dabei wurde nicht einfach derselbe Ablauf wiederholt. Unterschiedliche Einflussgrößen wurden verändert, Ergebnisse bewertet und die Prozessschritte schrittweise aufeinander abgestimmt.

Besonders relevant waren:

• Ausbrennprozess und Temperaturverlauf,
• Wasseranteil und Verarbeitung des Einbettmaterials,
• Trocknung der Form,
• Resttemperatur der Form beim Gießen,
• Schmelztemperatur,
• Fließverhalten der Schmelze,
• Zeitpunkt und Geschwindigkeit des Eingießens.

Beim Ausbrennen muss das gedruckte Modell möglichst sauber aus der Form entfernt werden. Die Versuche zeigten, wie wichtig dabei das Zusammenspiel von Modellmaterial, Ausbrennzeit und Temperaturführung ist.

Auch Einbettung und Trocknung erwiesen sich als entscheidend. Bereits Veränderungen beim Wasseranteil können das Verhalten des Einbettmaterials beeinflussen.

Beim Gießen müssen wiederum Schmelz- und Formtemperatur, Fließverhalten sowie Eingießgeschwindigkeit aufeinander abgestimmt werden. Auch die Werkstoffe unterscheiden sich: Bronze und Kupfer konnten erfolgreich gegossen werden, erfordern jedoch angepasste Prozessparameter.

Die wichtigste Erkenntnis daraus: Einzelne Prozessparameter lassen sich nicht isoliert betrachten. Eine Veränderung an einer Stelle kann Auswirkungen auf nachfolgende Schritte haben.

Neben den eigenen Versuchsreihen profitierte MAKRA PRO deshalb auch vom Austausch mit erfahrenen Gießereien und Fachleuten.

Der 3D-Druck macht das verlorene Modell digital und flexibel. Ein reproduzierbares Gussergebnis entsteht jedoch erst durch das Zusammenspiel der gesamten Prozesskette.

 

Vom digitalen Modell zum sichtbaren Ergebnis

Um den Prozess unabhängig von vertraulichen Kundenprojekten zeigen zu können, fertigt MAKRA PRO ein eigenes Demonstrationsbauteil: eine gegossene Bronzekugel. An ihr lässt sich der Weg vom digitalen Datensatz über das SLA-gefertigte Gussmodell bis zum fertigen Gussteil nachvollziehen.

Die Geometrie beginnt digital. Das Ergebnis ist ein klassisch gegossenes Metallbauteil.

 

Wie detailreich können die Ergebnisse werden?

Dass sich auch sehr feine Strukturen übertragen lassen, konnte MAKRA PRO bereits in realen Projekten beobachten. Selbst feine Nähte, textile Prägungen und Oberflächenstrukturen blieben in einem gegossenen Bronzebauteil erkennbar.

Das entsprechende Kundenbauteil kann aufgrund einer Vertraulichkeitsvereinbarung nicht gezeigt werden. Die dabei gewonnenen Erfahrungen fließen jedoch in die weitere Prozessentwicklung ein.

 

Der Vorteil beginnt bereits vor dem Gießen

Da das Gussmodell aus einem digitalen Datensatz entsteht, können Änderungen direkt im CAD vorgenommen und anschließend erneut gefertigt werden. Gerade bei Entwicklungsprojekten und Varianten ermöglicht das einen iterativen Ablauf:

Konstruieren → drucken → gießen → bewerten → digital anpassen → erneut fertigen.

Auch der werkstoffbedingte Schwund beim Erstarren und Abkühlen kann bereits bei der digitalen Vorbereitung berücksichtigt werden. Gleiches gilt für Elemente des Angusssystems wie Anschnitte und Eingüsse, die konstruktiv angepasst und weiterentwickelt werden können.

Der 3D-Druck wird damit nicht nur zur Methode der Modellherstellung, sondern zu einem Werkzeug innerhalb des Entwicklungsprozesses.

 

Welche Werkstoffe lassen sich verarbeiten?

Der 3D-Druck bestimmt die Geometrie des verlorenen Modells, nicht den Werkstoff des späteren Gussteils.

MAKRA PRO hat den Prozess bereits erfolgreich mit Bronze und Kupfer umgesetzt. Feinguss ermöglicht grundsätzlich den Einsatz weiterer geeigneter Legierungen. Welche davon infrage kommen, hängt jedoch von Gießprozess, Geometrie und den Anforderungen des Bauteils ab.

Entscheidend ist deshalb nicht nur, ob sich ein Werkstoff grundsätzlich gießen lässt, sondern welche Kombination aus Geometrie, Werkstoff, Modell und Prozess für die konkrete Anwendung geeignet ist.

 

Wann ist Feinguss mit 3D-gedruckten Modellen sinnvoll?

Besonders interessant kann die additive Modellherstellung sein bei:

• Einzelteilen und kleinen Stückzahlen,
• Entwicklungsprojekten und Prototypen,
• Varianten und konstruktiven Änderungen,
• komplexen oder detailreichen Geometrien,
• individuellen Bauteilen,
• zeitkritischen Entwicklungsprozessen.

Sie ist jedoch nicht automatisch für jedes Gussteil die bessere Lösung. Bei hohen, langfristig unveränderten Stückzahlen kann beispielsweise ein klassischer Werkzeugweg wirtschaftlich sinnvoller sein. Auch Geometrie, Werkstoff oder Bauteilanforderungen können für ein anderes Fertigungsverfahren sprechen.

Deshalb lautet die entscheidende Frage bei MAKRA PRO nicht:

„Wie können wir dieses Bauteil mit Feinguss herstellen?“

Sondern:

„Welcher Fertigungsweg erfüllt die Anforderungen dieses Bauteils sinnvoll?“

 

Was kann MAKRA PRO aktuell umsetzen?

MAKRA PRO hat den Prozess aktuell erfolgreich mit Bronze und Kupfer umgesetzt. Die derzeitige Größenordnung liegt bei Bauteilen von etwa 300 mm Höhe und 150 bis 200 mm Durchmesser.

Diese Werte beschreiben den aktuellen Stand des MAKRA-PRO-Prozesses und stellen keine allgemeine technische Grenze des Feingusses dar.

 

Nicht 3D-Druck oder Guss – sondern die passende Kombination

Die Stärke liegt nicht darin, ein Fertigungsverfahren durch ein anderes zu ersetzen. Sie liegt darin, unterschiedliche Technologien an der Stelle miteinander zu verbinden, an der ein sinnvoller Fertigungsweg entsteht

Genau das zeigt Feinguss mit 3D-gedruckten Modellen: Der 3D-Druck schafft die digitale Flexibilität bei der Modellherstellung, während der klassische Guss die Geometrie in das spätere Metallbauteil überführt.

Sie haben eine technische Aufgabenstellung, bei der der klassische Fertigungsweg nicht richtig passen will?

MAKRA PRO betrachtet Geometrie, Werkstoff, Stückzahl, Anforderungen und Weiterverarbeitung gemeinsam. So lässt sich prüfen, ob die Kombination aus additiver Fertigung und Feinguss für Ihr Bauteil sinnvoll ist oder ob ein anderer Fertigungsweg die bessere Lösung darstellt.

 

 

Häufige Fragen zu Feinguss mit 3D-Druck:

 

Was wird beim Feinguss mit 3D-Druck eigentlich gedruckt?
Das verlorene Gussmodell. Es wird eingebettet und anschließend ausgebrannt. Der entstehende Formhohlraum wird mit der Metallschmelze gefüllt.

 

Für welche Stückzahlen eignen sich 3D-gedruckte Gussmodelle?
Besonders interessant sind sie bei Einzelteilen, Prototypen, Entwicklungsprojekten, Varianten und kleineren Stückzahlen. Bei hohen, konstanten Stückzahlen kann ein klassischer Werkzeugweg wirtschaftlicher sein. Auch Formlabs nennt komplexe Geometrien sowie Kleinserien und schnelle Produktion als typische Einsatzfelder additiv gefertigter Feingussmodelle.

 

Welche Metalle hat MAKRA PRO bereits damit gegossen?
MAKRA PRO hat den entwickelten Prozess bereits erfolgreich mit Bronze und Kupfer umgesetzt.