gesponsertAdditive Fertigung in der Pumpenindustrie: Interview mit Stephan Bross, KSB Der Spalttopf aus dem Drucker – „Ohne unsere Erfahrung im 3D-Druck gäbe es dieses Bauteil nicht”

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Der 3D-Druck wird erwachsen und erobert die Pumpenwelt – Auf der Achema steht ein innovatives Spalttopf-Design im Mittelpunkt, das so nur gedruckt werden konnte. Grund genug, einmal bei KSB-Vorstand Stephan Bross nachzufragen: Wie steht es um die Vision der Fluidik zum Ausdrucken?

Herr Dr. Bross, Sie stellen auf der Achema 2024 mit dem Magno Protect einen sehr innovativen 3D-gedruckten Spalttopf für Magnetkupplungs-Pumpen vor. Ist der 3D-Druck für KSB eine neue Technologie oder wann ist Ihr Unternehmen das erste Mal mit der Technologie in Berührung gekommen?

Bross: Als einen technischen Höhepunkt auf der diesjährigen Achema präsentieren wir diesen neuen patentierten im 3D-Druckverfahren hergestellten Spalttopf für magnetgekuppelte Chemiepumpen. MagnoProtect ist von seiner Funktion her einzigartig und wäre in keinem anderen Fertigungsverfahren herstellbar. Ohne unsere langjährige Erfahrung, die wir im 3D-Druck gesammelt haben, gäbe es dieses Bauteil heute nicht. Ab 2003 haben wir damit begonnen, mit dem Pulverbettschmelz-Verfahren (PBF – Powder Bed Fusion) zu arbeiten.

Warum hat sich KSB vor zwei Jahrzehnten dazu entschlossen, in diese Technologie einzusteigen?

Bei dieser Technologie steht bei der Gestaltung einer Komponente deren Funktion im Vordergrund. Zuerst legt der Konstrukteur fest, welche Funktionalitäten ein Bauteil haben soll. Danach folgt die Gestaltung der Geometrie diesen Vorgaben. Das eröffnet den Entwicklern ganz neue konstruktive Freiheiten. Bei den klassischen Formgebungsverfahren war der Konstrukteur beim Entwurf eines Bauteiles immer gezwungen, Rücksicht auf die zur Verfügung stehenden Fertigungsmethoden zu nehmen.

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Ein anschauliches Beispiel ist die Gestaltung von Kühlkanälen, wie wir sie in beheizten Pumpen oder Armaturengehäusen finden. Wenn Sie diese bohren müssen, können Sie nur gerade Kanäle bohren. Mittels 3D-Druck gefertigte Kühlkanäle können auch einer kurvigen Kontur folgen.

Daneben bietet die additive Fertigung natürlich auch die Möglichkeit, kurzfristig dringend benötigte Teile, Stichwort „Parts On Demand“, oder Prototypen in kurzer Zeit zu fertigen. Da diese Fertigungsmethode einen geringen Materialverbrauch hat, ist sie auch sehr ressourcenschonend.

Additive Fertigung

3D-Druck für die Prozessindustrie: „Form follows Function“

Unter- oder überschätzen wir die Möglichkeiten des 3D-Drucks?

Der 3D-Druck ist eine Fertigungsmethode, die in bestimmten Anwendungsgebieten Vorteile bietet. Für die Großserien- oder gar die Massenproduktion ist das Verfahren noch zu teuer. Zudem eignen sich nicht alle Werkstoffe für den 3D-Druck.

„Der 3D-Druck ist eine feste Größe in der Produktion”

Eignen sich alle Komponenten für die additive Fertigung, was für Bauteile fertigt KSB im 3D-Druck? Was kann der 3D-Druck nicht?

Besonders interessant ist der 3D-Druck bei der Produktion von komplexen Komponenten, die zusätzliche Funktionalitäten beinhalten. Es ist sicher nicht sinnvoll, Dreh- oder Blechteile sowie schmiedbare Bauteile, die in großer Stückzahl benötigt werden, zu drucken. Das hängt natürlich vom Bauraum des zur Verfügung stehenden Druckers ab und ob das Drucken wirtschaftlich sinnvoll ist

Wie waren denn die Reaktionen Ihrer Kunden?

Wie bei allen neuen Technologien gab es eine gewisse Skepsis gegenüber den gedruckten Bauteilen in Bezug auf die Materialeigenschaften und das Werkstoffgefüge. Wir haben hier aber sehr viel Grundlagenforschung betrieben und konnten diese Skepsis durch umfangreiche Versuche sowie Tests gemeinsam mit unseren Kunden beseitigen.

Entdecken Sie das Nachhaltigkeitspotenzial der Strömungstechnik im PROCES-Podcast mit den Experten von KSB:

Hat sich der 3D-Druck selbst verändert?

Vor zwanzig Jahren haben wir noch mit Versuchsgeräten gearbeitet. Heute produzieren wir unsere Komponenten auf serienmäßig hergestellten Produktionsanlagen. Der 3D-Druck ist heute eine feste Größe in der Produktion. Er liefert reproduzierbare Ergebnisse und hat das Stadium des Experimentierens längst hinter sich gelassen. Heute geht es darum, Wege zu finden, den Druck vor allem kostengünstiger zu machen.

„Additive Fertigung und 3D-Druck haben ein riesiges Potenzial”

3D-Druck hat offensichtlich erhebliches Potenzial - Wie kommen wir von der Vision zur Wirklichkeit?

Additive Fertigung und 3D-Druck haben ein riesiges Potenzial, wenn man diese richtig anzuwenden weiß. Es kommt vorrangig auf die Wahl der Geometrie und die Festlegung der Funktion sowie die Druckbarkeit des Werkstoffes an. Deshalb hat die KSB-Gruppe 2022 ein Beratungs- und Prüfungszentrum für additive Fertigung an ihrem Standort in Pegnitz eröffnet. Das angebotene Dienstleistungsspektrum umfasst die Beratung bei der apparativen Ausstattung, dem Kompetenzaufbau bei der Konstruktion und der Werkstoff- sowie der Bauteilprüfung.

Was muss ein Kunde mitbringen, der gemeinsam mit Ihnen das Potenzial der additiven Fertigung ausschöpfen will?

Er muss sich primär über die Funktionalität der zu entwickelnden Komponente im Klaren sein. Was soll das neue Bauteil leisten können? Dann können unsere Spezialisten ihn bei der konstruktiven Gestaltung und der Werkstoffauswahl mit ihrer Erfahrung unterstützen.

Wenn es nur darum geht, ein vorhandenes Bauteil zu reproduzieren, benötigen wir entweder eine CAD-Datei oder ein vorhandenes Bauteil, das wir digitalisieren können. Daraus entwickeln wir ein druckbares 3D-Modell.

Entdecken Sie die additive Fertigung bei KSB im Werk Pegnitz

Erster Hersteller mit TÜV-Segen

3D-Druck klingt nach Maker-Romantik, Bastelbude sowie Prototyp – aber passt das auch zu den Anforderungen der Prozessindustrie? Genügen die fertigen Teile denn auch den anspruchsvollen Normen und Richtlinien der Prüfinstitute?

Auf welch hohem Niveau sich unsere additive Fertigung bewegt, sehen Sie daran, dass wir als erster Hersteller überhaupt eine TÜV-Zertifizierung für die additive Fertigung von Bauteilen erhielten, die der europäischen Druckgeräterichtlinie unterliegen. Außerdem wurde unsere additive Fertigung im Februar 2024 mit einem DNV-Facility-Qualifikation-Zertifikat ausgezeichnet. Wir lieferten Ende 2022 als erster Armaturenhersteller serienmäßig additiv gefertigte Membranventile aus Alloy für ein großes deutsches Pharmaunternehmen.

Nutzen Sie das Verfahren auch in Forschung und Entwicklung bei KSB?

Natürlich! Der 3D-Druck hat bei KSB seinen Ursprung im Bereich Forschung und Entwicklung. Wir setzen die additive Fertigung bei der Entwicklung von Prototypen ein und arbeiten sehr intensiv daran, neue metallische Werkstoffe für das Pulverbettschmelzen zu erschließen.

Was ist mit sehr großen oder kleinen Teilen?

Die Größe der druckbaren Bauteile hängt vom Bauraum und der minimalen Auflösung des Druckers ab. Wenn die Teile eine gewisse Größe überschreiten, kommen bei uns andere Verfahren wie „Rapid Casting“ zum Einsatz.

Wann hat ein Anwender, der heute noch bei KSB anruft, sein Bauteil in der Hand?

Das lässt sich so pauschal nicht sagen. Es hängt davon ab, ob es bereits ein druckbares Modell für das Bauteil gibt und natürlich spielt die Größe des Objektes eine entscheidende Rolle bei der Druckzeit. Auch die Werkstoffe haben einen Einfluss auf die maximale Druckgeschwindigkeit.

Ist additive Fertigung nur bei Sonderanwendungen ein Thema?

Durchaus nicht. Vor allem im Service, bei der schnellen Beschaffung von Ersatzteilen, ist die additive Fertigung mittlerweile eine feste Größe.

Wann gibt es die erste vollständig gedruckte Pumpe?

Bei dem augenblicklichen Stand der Technik ist es sicher nicht sinnvoll, eine komplette Pumpe auszudrucken. Aber Gehäuse und Laufräder sowie Lagerträger kann man heute problemlos im 3D-Druck produzieren.

Herr Dr. Bross, vielen Dank für das Gespräch.

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