Von acht Monaten auf neun Wochen: KSB beschleunigt die Impeller-Produktion mit additiver Fertigung
Mithilfe der EOS M 400-4 produzierte und lieferte KSB innerhalb von nur neun Wochen 14 Laufrad-Rohlinge aus Alloy 625. Grundlage dafür waren DNV-qualifizierte Prozesse für die Additive Fertigung.
Mehr als 20 Jahre Erfahrung in der additiven Fertigung
KSB zählt zu den weltweit führenden Herstellern von Pumpen und Ventilen und ist in über 150 Ländern vertreten. Mit mehr als 20 Jahren Erfahrung in der additiven Fertigung eröffnete das Unternehmen 2018 sein Additive Manufacturing Center in Pegnitz, Deutschland, um dieses Know-how auch anderen Unternehmen zugänglich zu machen. Das Center deckt die gesamte Prozesskette von der Materialauswahl und Konstruktion bis zur qualifizierten Bauteilfertigung ab. Über den Parts-on-Demand-Service fertigt KSB zudem kundenspezifische Teile, Prototypen, Kleinserien und Laufradersatzteile nach Kundenwunsch. Dieser Ansatz ermöglicht die bedarfsgerechte Fertigung von Bauteilen und hilft Kunden, Lieferzeiten zu verkürzen und den Bedarf an umfangreichen physischen Ersatzteillagern zu reduzieren.
Die Erfahrung von KSB reicht weit über die Produktion hinaus. Das Unternehmen war der erste Hersteller, der die TÜV-Zertifizierung für die additive Fertigung von Bauteilen gemäß der europäischen Druckgeräterichtlinie erhielt. Seine AM-Anlagen sind zudem DNV-zertifiziert. Für die Laufradkomponenten verfügt KSB über eine Herstellerqualifizierung nach DNV-SE-0568 und DNV-ST-B203 auf AMC-3-Niveau.
Herausforderung
Im Rahmen der Generalüberholung von zwei mehrstufigen Hochdruck-Ringpumpen musste KSB 14 Laufräder für eine anspruchsvolle Anwendung in der Öl- und Gasindustrie liefern, bei der die Impeller Meerwasser ausgesetzt waren. Die Laufräder mussten daher zuverlässige mechanische Leistung mit hoher Korrosionsbeständigkeit verbinden. Diese Teile wurden zunächst im herkömmlichen Gussverfahren angefordert. Die erwartete Lieferzeit für diesen Ansatz lag jedoch zwischen sechs und acht Monaten. Für den Betreiber war dieser Zeitrahmen zu lang.
Die Herausforderung bestand nicht nur darin, die erforderliche Geometrie schneller herzustellen. Material und Produktionsprozess mussten auch den Anforderungen einer anspruchsvollen industriellen Anwendung gerecht werden. KSB benötigte daher eine Lösung, die die benötigten Laufräder in deutlich kürzerer Zeit liefern konnte und gleichzeitig die Prozesssicherheit und das erforderliche Qualifikationsniveau gewährleistete.
Der industrielle 3D-Druck bot eine Alternative zur mehrmonatigen Wartezeit auf Gussteile. Im Gegensatz zu herkömmlichen Produktionsmethoden ermöglichte er KSB zudem, die Laufradrohlinge direkt aus digitalen Produktionsdaten mithilfe eines intern qualifizierten Systems und Prozesses herzustellen.
Lösung
KSB fertigte 14 Laufradrohlinge auf einer qualifizierten EOS M 400-4. Dank dieses Systems konnte KSB die großen Metallbauteile innerhalb des vorgegebenen Zeitrahmens und gemäß seinen etablierten AM-Prozessen herstellen.
Jedes Laufrad hatte einen Durchmesser von 409 mm. Die Fertigungszeit für ein einzelnes Bauteil betrug etwa 76 Stunden. Als Werkstoff wählte KSB Alloy 625, eine seewasserbeständige Nickelbasislegierung, die für den Einsatz in korrosiven Betriebsumgebungen geeignet ist. Für diese Anwendung erhielt KSB ein DNV-Zertifikat zur Werksqualifikation auf AMC-3-Niveau für Alloy 625. Die Laufradbauteilfamilie fällt unter die Herstellerqualifikation von KSB gemäß DNV-SE-0568 und DNV-ST-B203 auf AMC-3-Niveau.
Der Qualifizierungsprozess umfasste Ermüdungsversuche an additiv gefertigtem Alloy 625 im Vergleich zu gegossenem Duplexstahl. Die Ergebnisse zeigten eine verbesserte Ermüdungsfestigkeit im Vergleich zum Gussmaterial. Darüber hinaus wies Alloy 625 im Vergleich zur bisherigen Gusslösung eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit, bessere mechanische Eigenschaften und eine höhere geometrische Genauigkeit auf.
Die Beständigkeit gegen Meerwasserkorrosion war von besonderer Bedeutung. Bei Öl- und Gasanwendungen, bei denen die Komponenten Meerwasser ausgesetzt sind, kann Korrosion die Lebensdauer der Bauteile und letztlich die Verfügbarkeit der umgebenden Anlagen beeinträchtigen. Der ausgewählte Werkstoff und das qualifizierte additive Fertigungsverfahren trugen daher sowohl dem unmittelbaren Bedarf an kürzeren Vorlaufzeiten als auch den längerfristigen Anforderungen der Anwendung Rechnung.
Die Smart Fusion Technologie von EOS wurde im Rahmen des Produktionsprozesses eingesetzt. Die Technologie trug zur Prozessstabilität bei, indem sie Verformungen zu reduzierte und den Bedarf an Stützstrukturen während der Produktion zu verringerte. Sie wurde in den gesamten Fertigungsprozess von KSB integriert, wobei die EOS M 400-4 weiterhin die zentrale Produktionsplattform für die Laufradrohlinge blieb.
„Für mich zeichnet sich die EOS M 400-4 dadurch aus, dass ihre hohe Prozessqualität und die hervorragende Synergie zwischen Material und Prozess den Zertifizierungsprozess deutlich vereinfachen und gleichzeitig zuverlässige Ergebnisse gewährleisten.“
Stephan Braun, Geschäftsentwicklung Additive Fertigung – Teile auf Abruf, KSB
Ergebnisse
KSB fertigte und lieferte alle 14 Laufradrohlinge innerhalb von neun Wochen und verkürzte damit die bei herkömmlichen Gussverfahren zu erwartende Lieferzeit von sechs bis acht Monaten. Dadurch konnte die Pumpenüberholung beim Kunden fortgesetzt werden, ohne dass mehrere weitere Monate auf Gussteile gewartet werden mussten.
Der abgeschlossene Auftrag zeigte, dass KSB seine umfassende Erfahrung im Bereich der additiven Fertigung in eine qualifizierte Lösung für einen dringenden Ersatzteilbedarf umsetzen konnte. Die Laufräder aus Alloy 625 boten die erforderliche Korrosionsbeständigkeit für eine Öl- und Gasanwendung mit Meerwassereinwirkung, während die EOS M 400-4 es KSB ermöglichte, Bauteile mit einem Durchmesser von 409 mm innerhalb des vorgegebenen Zeitrahmens herzustellen. Ebenso wichtig war, dass das Projekt keine einmalige Lösung blieb. Die erfolgreiche Lieferung erfüllte die Anforderungen des Kunden und führte zu einem Folgeauftrag.
Durch die Kombination des Anwendungs- und Prozess-Know-hows von KSB mit den Fertigungsmöglichkeiten des EOS M 400-4 zeigt das Projekt, wie der 3D-Druck für Energieanwendungen einen geeigneten Fertigungsweg für kritische Ersatzteile bieten kann, wenn die Vorlaufzeiten bei der konventionellen Fertigung zu lang sind.
