Wägezellen: Monoblöcke aus dem 3D-Drucker

Wägezellen von Wipotec verwenden seit ­je­her das Kraftkompensationsprinzip in Kombination mit einem monolithischen Aluminiumblock – dem Wipotec Monoblock. Der entsteht bisher auf einer CNC-gesteuerten Zerspanungsmaschine. Ein etwa fünf Kilo­gramm ­schwerer Monoblock bildet das Herzstück einer hochpräzisen industrieauglichen selbsttätigen Waage, die 15 Kilogramm Nutzlast bei hohen Transportgeschwindigkeiten mit höchster Genauigkeit dynamisch wiegen kann.

Im Pharmabereich sind die Anforderungen anders gelagert: Hier geht es um Milli- und Mikrogramm. Die eingesetzten Monoblöcke sind filigran und nur wenige Gramm schwer. Aber auch sie werden auf ultrapräzisen Werkzeugmaschinen, deren Anschaffungskosten im siebenstelligen Bereich liegen können, vollautomatisch hergestellt.

Aller Anfang war 2D

Anfänglich war die Geometrie der Lenker- und Hebelmechanik der fertig bearbeiteten Monoblöcke nur zweidimensional, bis mit Fortschreiten der 3D-Bearbeitungstechnik die Fähigkeit zur Erzeugung von Hinterschneidungen hinzukam, was fortan komplexere und kleinere Strukturen ermöglichte.

Allerdings stößt auch diese Technologie inzwischen an ihre Grenzen – nämlich dann, wenn unterschiedliche Komponenten der Lenker- und Hebelmechanik des Monoblocks noch platzsparender, konkret ineinander verschachtelt, angeordnet werden sollen. Genau hier schlägt die Stunde des 3D-Drucks.

Eine Technologie im Anflug

Wipotec hat vor mehreren Jahren begonnen, Monoblöcke passend für die 3D-Drucktechnologie zu konzipieren und zu designen. Beim 3D-Druck wird eine Materialschicht nach der anderen aufgebracht und jeweils durch einen Laserstrahl verflüssigt, so dass sie sich mit der vorhergehenden Schicht verbinden kann (additive Fertigung).

Völlig neue Designmöglichkeiten ergeben sich insbesondere daraus, dass der schichtweise Materialaufbau einer Komponente des Monoblocks unterbrochen werden kann durch den Materialaufbau einer anderen Komponente. Wipotec hat inzwischen mehrere Patentanmeldungen zu der 3D-Druck-Technologie in der Wägetechnik eingereicht, bei denen auch verschiedene Werkstoffe für unterschiedliche Strukturen zum Einsatz kommen.

Was zukünftig möglich wird

Im 3D-Druck erzeugte Monoblöcke sehen ganz anders aus als bisherige Monoblöcke. Sie „schrumpfen“ in ihren Abmessungen und bestehen aus viel weniger Material, was für die Ökobilanz vorteilhaft ist. Neu gedacht werden müssen auch die Prüfverfahren, denn durch die stark ineinander verschachtelte Struktur können tastende Messverfahren nicht mehr alle erforderlichen Messorte erreichen. Röntgenverfahren sind daher gefragt, eine Technologie, die Wipotec ebenfalls im eigenen Haus entwickelt und fertigt.

Ein technologischer Quantensprung

Die 3D-Drucktechnik ist in diversen Industrien inzwischen weit verbreitet und im Einsatz, beispielsweise für den Druck leichter Stabwerke und im Leichtbau. Im Prototypenbau wird sie ebenfalls eingesetzt, so in einigen Bereichen im Automobilbau. In der Wägetechnik steht sie aber noch relativ am Anfang, Wipotec ist hier definitiv ein Pionier hinsichtlich neuer Designmöglichkeiten von Monoblockgeometrien. Ziel wird es in Zukunft sein, diese Technologie in der Serienproduktion kostengünstiger einzusetzen.

Die Zukunft der Monoblöcke bei Wipotec wird vielleicht nicht mehr spanend sein, aber dafür umso spannender …