Brennerkopf der nächsten Generation für SSAB Steel Production
Delva und EOS ebnen den Weg für AM mit Kupfer
Dezember 01, 2025 | Lesedauer: 5 min
Perfektion ist der Feind des Guten: Das könnte das Motto für die Entwicklung eines völlig neuen Brennertyp für die Gasplaniermaschinen von SSAB in der Stahlproduktion in Finnland sein. Um dieses Ziel zu erreichen, wandte sich SSAB an den AM-Spezialisten Markku Lindqvist, CTO bei Delva Oy. Das Technologie-Dienstleistungsunternehmen Etteplan wurde hinzugezogen, um bei der Simulation und Konstruktion des Brennerkopfs zu helfen. Die Aufgabe: das alte Design der Brennerköpfe zu überarbeiten, die Leistung zu steigern und die Qualität zu verbessern. Heute wurde sogar noch mehr erreicht – dank der engen Zusammenarbeit und den einzigartigen Eigenschaften der additiv gefertigten Kupferkomponenten.
Die Herausforderungen in der Stahlproduktion: Produktionsrate, Qualität und Nachhaltigkeit
SSAB ist ein weltweit tätiges Stahlunternehmen, das sich auf hochfesten Stahl und damit verbundene Dienstleistungen spezialisiert hat. Am Produktionsstandort des Unternehmens in Raahe, Finnland, werden in einem der Werke Gasplaniermaschinen eingesetzt, um die Oberfläche von Stahlbrammen zu glätten und Unebenheiten zu beseitigen, bevor diese in die Blechfertigung gelangen. Bei der herkömmlichen Vorgehensweise war die Oberfläche der Brammen rau und wies viele tiefere Rillen auf. Um die Produktqualität zu verbessern und den Ausschuss zu reduzieren, suchte SSAB nach Möglichkeiten, den Produktionsprozess zu optimieren.
"In unserem ersten Gespräch teilte uns SSAB mit, dass sie einen neuartigen Brennerkopf entwickeln wollten. Er sollte einen optimierten Gasfluss haben und damit bessere Ergebnisse in Bezug auf Qualität und Produktivität ermöglichen."
Markku Lindqvist, CTO beim finnischen Unternehmen Delva Oy
Zu Beginn des Projekts war noch unklar, wie genau die Anforderungen erfüllt werden konnten. Zu diesem Zeitpunkt nahm Delva Kontakt mit Etteplan auf, um bei der Konstruktion und Simulation des neuen Brenners zu helfen. Delva, Etteplan und SSAB begaben sich auf eine spannende AM-Reise. Zu diesem Zeitpunkt ahnte noch niemand, dass Nachhaltigkeit in vielerlei Hinsicht Teil des Spiels sein würde.
Gemeinsame Kräfte für Kupfer AM: Wenn Aufgeben keine Option ist
Betrachtet man die additive Fertigung von Metallen im Allgemeinen, so arbeitet das Laser-Powder-Bed-Fusion-Verfahren mit einer breiten Palette von Werkstoffen und ermöglicht die Herstellung von Präzisionsbauteilen in komplexen Geometrien ohne Verbindungsstellen. " Dies war auch unser Ziel für die SSAB-Anwendung", erklärt Lindqvist. "Die ersten Brennerkopf-Prototypen, die mit Nickelbasislegierungen gebaut wurden, waren jedoch nicht in der Lage, der extrem rauen Umgebung der SSAB-Anwendung standzuhalten. Wir dachten, dass Inconel 718 als Hochtemperaturlegierung eine gute Materialwahl sein würde". Nach den ersten Tests stellte sich heraus, dass die Hochtemperaturtoleranz nicht das Problem war, sondern dass die wichtigste Materialeigenschaft die Leitfähigkeit ist. Da kam die Frage auf, ob die Verwendung der Kupferlegierung CuCrZr die Antwort sein könnte.
Kupfer hat viele Vorteile, wie z. B. seine hohe Weichheit, Formbarkeit und Wärmeleitfähigkeit. Allerdings wurden lange Zeit nicht die richtigen AM-Prozesse gefunden, um das Material zu verarbeiten und zuverlässige, wiederholbare Ergebnisse zu erzielen. Im Jahr 2024 entwickelte EOS ein neues Material aus reinem Kupfer und löste Kernprobleme wie Wärmemanagement und Teileauflösung mit dem EOS M 290 1kW System. " Für die ersten Tests verfügten wir noch nicht über die EOS-Killermaschine", sagt Markku. "Also arbeiteten wir eng mit EOS zusammen und erkannten bald, dass Kupfer-AM die Antwort auf alle unsere Fragen war."
Beim ersten Kupfertest wurde die Oberseite des Brennerkopfes aus CuCrZr und kleinere Kanäle aus 316L gefertigt. Die Kupfer-"Lippe" wurde direkt auf der Oberseite des additiv gefertigten 316L hergestellt. "Wir wollten sicherstellen, dass die kleinsten 0,7-mm-Kanäle offen bleiben, und wir hatten zu diesem Zeitpunkt noch nicht viel Erfahrung mit Kupferwerkstoffen". Einige Konstruktionsverbesserungen und Tests vor Ort später konnte das gesamte Bauteil aus Kupfer hergestellt werden, einschließlich der 0,7 mm breiten Kanäle mit 80 µm Schichtdicke. "SSAB war die ganze Zeit über sehr aufgeschlossen, und ich bin sehr froh, dass wir erfolgreich waren."
"Für die ersten Tests verfügten wir noch nicht über die EOS-Killer-Maschine. Wir arbeiteten also eng mit EOS zusammen und erkannten bald, dass Kupfer-AM die Antwort auf alle unsere Fragen war. SSAB war die ganze Zeit über sehr aufgeschlossen, und ich bin sehr froh, dass wir erfolgreich waren."
Markku Lindqvist, CTO beim finnischen Unternehmen Delva Oy
Vorteile auf allen Ebenen: Mehr als nur ein neuer Brennerkopf
In der Zwischenzeit investierte Delva in eine AMCM M 290-2 1 kW-Maschine mit zwei 1 kW-Lasern und nahm die Produktion auf. Darüber hinaus entwarf und optimierte Delva die zum Brennerkopf führenden Rohrleitungen. Additive Fertigung und Hybriddruck spielten dabei eine Schlüsselrolle. Heute arbeiten 14 gedruckte Kupferbrenner Seite an Seite in dem Gasplaner von SSAB. Einer der offensichtlichsten Vorteile ist die glatte Oberfläche der mit der neuen Anlage produzierten Stahlknüppel, die auch zu einer besseren Ausbeute führt. Beides hängt mit dem verbesserten Gasfluss zusammen, der durch die komplexe Geometrie der Kanäle erreicht wurde. "Außerdem sind unsere Brenner mit 6,7 kg im Vergleich zu den alten Modellen mit 12,9 kg sehr leicht", sagt Markku. "Das ganze System arbeitet mit weniger Vibrationen - wir sprechen hier von einer schweren Baugruppe, die Tonnen wiegt. Weniger Vibrationen bedeuten also weniger Ermüdung für die Maschine, was sich in einer längeren Lebensdauer auszahlt." Außerdem halten die Brenner viel länger ohne jegliche Wartung.
Durch die effizientere Gestaltung des Prozesses werden auch die CO₂-Emissionen verringert. Die Schätzungen reichen von 14.000 bis 30.000 Tonnen pro Jahr und werden in den kommenden Monaten überprüft werden. Die Einsparung von bis zu 30.000 Tonnen CO₂ entspricht dem jährlichen CO₂-Fußabdruck einer ganzen Kleinstadt - etwa in der Größe von St. Moritz in der Schweiz. "Anders gerechnet, können die Einsparungen 5 Mio. € pro Jahr betragen, was dies zu einer echten Nachhaltigkeitsgeschichte macht", fügt Markku hinzu. Da die neuen Brennerköpfe in einem Stück gedruckt werden, entfällt auch der Wartungsaufwand, der zu Ausfallzeiten aufgrund von Leckagen führt. "Eine längere Lebensdauer ist eine schöne Verbesserung. Wir müssen die Maschine nicht warten und die Produktion kann weiterlaufen", sagt das Wartungspersonal von SSAB. Ein letzter Vorteil, den Markku Lindqvist erwähnt, ist die kurze Lieferzeit von zwei Wochen im Vergleich zu zwei Monaten für den herkömmlichen Brennerkopf, und das zu einem Komponentenpreis, der mit dem eines konventionell gefertigten Kopfes vergleichbar ist.
Rückblick und Ausblick: Bereit für die nächsten Projekte
"Es war eine ziemlich lange Reise", resümiert Markku Lindqvist. "Aber das Erfolgsrezept war, dass wir in der Lage waren, das Problem bei jedem Schritt zu identifizieren und es zu lösen, um den nächsten Schritt zu machen - dank einer sehr guten und engen Zusammenarbeit mit SSAB und Etteplan." Das Endprodukt befindet sich noch in den letzten kleinen Anpassungen, um das absolute Optimum aus dem Produkt herauszuholen; frühere Iterationen leisten noch harte Arbeit, während wir sprechen. Delva hat das Kupfer-AM-Biest gezähmt, was die Tür zu anderen Projekten öffnet. "Kupfer verhält sich so unterschiedlich - mal sehen, was wir in Zukunft mit all dem Know-how, das wir erworben haben, daraus machen können." Eine der interessantesten Anwendungen wird die Entwicklung von Wärmetauschern sein, die von einer vollständigen Geometriefreiheit und einem perfekten Gleichgewicht zwischen maximaler Leitfähigkeit und Produktivität profitieren.
Erfahren Sie mehr über Delva und unsere Produktionspartner:
- EOS Fertigungspartner: EOS Fertigungspartner für 3D-Druck
- Delva: https://delva.fi/en/
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