Auf der ISH 2019, der Weltleitmesse für Wasser, Wärme, Klima, präsentierte GROHE als erste der führenden Sanitärmarken in Europa zwei Armaturen, die per 3D-Metalldruck hergestellt werden. Hierfür hat GROHE die 3D-Technologie in Zusammenarbeit mit TRUMPF weiterentwickelt – und damit ein neues Zeitalter in der Armaturenherstellung eingeläutet, in dem Individualisierung und Designfreiheit die Hauptrolle spielen. GROHE Icon 3D Armaturen werden am LIXIL EMENA Produktionsstandort in Hemer mit TruPrint 3000 per Laser Metal Fusion (LMF) hergestellt. Neben den Armaturen eröffnet die additive Fertigung für GROHE auch völlig neue Möglichkeiten in der Prototypenfertigung und Werkzeugherstellung für den Zink- und Kunststoffspritzguss mit innenliegenden Kühlkanälen.

Herausforderung

Die zentrale Herausforderung bei der Entwicklung der individuellen, innovativen Armaturendesigns war es, die auf der ganzen Welt bekannte GROHE Qualität beizubehalten und in ein 3D-Metalldruckprodukt zu übersetzen. Im Mittelpunkt stand hierbei die Reinhaltung des Wassers, d.h. das eingesetzte Pulvermaterial muss der Trinkwasserverordnung entsprechen und für die additive Fertigung entsprecht qualifiziert sein. Darüber hinaus sind thermische Verformungen bereits vor der Fertigung zu berücksichtigen. Aufgrund der hohen Oberflächenanforderungen sollten eventuell notwendige Nacharbeiten außerdem auf ein Minimum reduziert werden.

Lösung

Über mehrere Jahre hat sich das Design- und Entwicklungsteam von GROHE intensiv mit dem 3D-Metalldruck befasst und viel Expertise in der Technologie und der Materialqualifizierung aufgebaut. Im Januar 2018 fiel schließlich die Wahl auf zwei Exemplare der TRUMPF Mittelformatmaschine TruPrint 3000. Zur Entwicklung der Badarmaturen wurde ein eigenes Verfahren mit einer speziellen Formel für das bei der Marke qualifizierte Metallpulver entwickelt. In Hinblick auf die notwendige Trinkwasserzulassung erwarb GROHE hierfür eigene Patente. 

Umsetzung

Die zwei Designs der GROHE Icon 3D Armaturen werden in Kleinserie mit 6.000 Stunden Maschinenlaufzeit im Jahr produziert; die TruPrint 3000 läuft hierzu im Drei-Schicht-Betrieb bei Vollauslastung. Insgesamt zwei Armaturen finden pro Druckvorgang Platz in der TruPrint 3000 und werden in circa 4.700 Schichten mit jeweils 0,06 mm Dicke aus Edelstahl oder einer Messinglegierung aufgebaut. Die Wandstärke liegt bei 1 bis 1,5 mm; der Schmelzpunkt bei mindestens 1400 °C. Nach dem Druck wird das Bauteil auf einer CNC-Fräsmaschine mechanisch bearbeitet. Anschließend folgt das manuelle Schleifen und Feinbürsten als letzter Schritt für das Oberflächenfinish. Während bei einer konventionellen Fertigungsweise 4,5 Monate von der Konstruktion der Wasserwege bis zur Montage der Bauteile vergehen würde, sind alle notwendigen Entwicklung- und Fertigungsschritte im 3D-Druck in nur 52 Stunden möglich. 

Ausblick

Das 3D-Metalldruckverfahren setzt bei GROHE ein Umdenken im Hinblick auf Produktentwicklung und -herstellung in Gang. So können Designs neu gedacht und Individualisierungswünsche beispielsweise bei Architekturprojekten effizient umgesetzt werden. Zudem ist Additive Manufacturing auch unter Nachhaltigkeitsgesichtspunkten interessant: Die ressourcenschonende Methode braucht nur so viel Material wie tatsächlich benötigt wird. Komponenten wie Auslauf und Griffe können wesentlich dünner und somit materialsparender hergestellt werden: Vergleicht man die 3D-Druckvariante der GROHE Allure Brilliant Armatur mit ihrem analogen Vorgänger aus Messing wird eine Gewichtsreduktion von etwa 55% erreicht. „Der ‚additive Funke‘ geht momentan bei uns durch die ganze Organisation“, sagt Thorsten Schollenberger, Vice President Industrial Engineering, EHS & Sustainability, bei GROHE. Derzeit fänden laut Schollenberger viele Workshops bei GROHE statt, mit dem Ziel neue Produkte und Anwendungen zu finden, die auf Basis neuer Werkstoffe gedruckt werden können. Zur Nutzung des 3D-Drucks für die Werkzeugherstellung gebe es ähnliche Projekte bei der Marke.