ExOne-Expertin: Mihaela Nastac

In ihren 15 Jahren bei ExOne hat sich Mihaela Nastac als die Expertin für digitale Gussformen etabliert. Sie unterstützt die Kunden nicht nur bei der Optimierung der Kerne und Gussformen für den 3D-Druck, sondern verschafft sich bei Bedarf auch direkt vor Ort in der Gießerei einen Überblick über den Gießprozess. Mit ihrem umfassenden wissenschaftsbasierten Ansatz garantiert sie den Erfolg des jeweiligen Projekts. Jesse Blacker, Director of New Products & Business Development bei ExOne, erklärt, inwiefern die Kunden von der praktischen Herangehensweise der Expertin profitieren:

„Mihaela Nastac verfügt über umfassende Expertise zu metallurgischen Technologien in der Sandgussindustrie und vereint diese mit einem fortschrittlichen, zukunftsorientierten Designansatz, der das volle Potenzial der additiven Fertigung ausschöpft. Sie kann mit einer unglaublichen Treffsicherheit vorhersagen, ob ein Gussprozess erfolgreich sein wird oder nicht – noch bevor auch nur ein Tröpfchen Metall geflossen ist. Häufig ist sie vor Ort in der Gießerei anzutreffen, um metallurgische Analysen nach dem Guss durchzuführen. Ihr Fachwissen und ihre Erfahrung bezüglich Design, Modellierung und Simulation in Kombination mit ihrer praktischen Expertise ist eine Bereicherung für jedes OneCast-Projekt.“

Wir haben mit Mihaela Nastac über ihre Arbeit mit Kunden gesprochen. Im Gespräch ging sie auch darauf ein, dass sie jedes Projekt am liebsten Schritt für Schritt entwickelt.

Im Rahmen eines Projekts sollte ein neues Getriebe für ein völlig neuartiges Helikoptermodell entwickelt wurden. Hierfür wurden also auch neue Gussformen benötigt. Bei derartig komplexen Projekten ist es üblich, dass mindestens zehn Testgüsse durchgeführt werden. Das Team des Kunden war also ziemlich beeindruckt, als bereits der erste Guss ein Erfolg war. Mit einer Technologie wie unserer stehen einem sämtliche Wege offen. Man kann tun, was immer man möchte und muss sich nicht an bestehende Muster halten. Projekte können also in einer Geschwindigkeit abgewickelt werden, die den Kunden neu ist.

Mihaela Nastac, ExOne Senior Metallurgical Engineer, über ein Projekt für Sikorsky Aircraft.

Mihaela Nastac begann ihre Laufbahn als Betriebsingenieurin in einer Gießerei. Anschließend forschte sie am National Research Institute of Romania und entdeckte ihre Faszination für die Simulation von Gießprozessen. Sie machte ihren Master in Metallurgie mit Schwerpunkt im Bereich Gießtechnik, einschließlich Erstarrungstheorie und Erstarrungsprozesse in den Gussformen. „Mir macht es Spaß, die einzelnen Puzzle-Teile zu einem großen Ganzen zusammenzusetzen“, so Nastac. „Es ist ein technologischer Prozess, der sich aus einem wissenschaftlichen Ansatz für Rigging-Designs und einer Kombination aus Metallurgie, Chemie und Physik zusammensetzt. Jede Legierung ist anders und das Designs basiert auf Geometrie, den Stabilitätsanforderungen und dem zu verarbeitenden Material.“

Der Schlüssel für den Erfolg eines Gusses liegt darin, sich zu Beginn des Projekts auf alle Puzzle-Teile zu konzentrieren und das vollständige Bild klar vor Augen zu haben, so die Expertin. „Das ist das Ziel der OneCast-Designdienstleistungen von ExOne, die ich vollends unterstütze. Bei hochwertigen und komplexen Güssen kann viel schiefgehen. Meine Aufgabe besteht darin, metallurgisches Fachwissen in das Rigging-Design einfließen zu lassen, um bereits beim ersten Guss einen Treffer zu landen. So profitieren Kunden im Bruchteil der normalen Zeit von einer gelungenen Gussform“, erklärt Nastac.

Trotz der rasanten Entwicklungen im Bereich Design betont sie, dass nur einige wenige Gießereien über die Technologien für komplexe Güsse verfügen. Genau an dieser Stelle kommt die Expertin ins Spiel: Durch die Kombination ihrer Expertise zu Binder-Jetting-Technologien und der virtuellen Modellierung stellt sie sicher, dass der Gussprozess erfolgreich verläuft – egal wie gut die Gießerei ausgestattet ist. Laut Nastac bietet der 3D-Druck einen immensen Gestaltungsspielraum. Die Expertin erklärte außerdem, wie sich organische Geometrien auf Elemente wie die Gießtrichter, den Angusskanal, die Schieber und Steigrohre auswirken können. „Die additive Fertigung ermöglicht es uns, hyperbelförmige Gießtrichter zu verwenden. So wird die Fließgeschwindigkeit des flüssigen Metalls verringert und das Material gelangt langsamer in die Hohlräume der Gussform. Wir können auch ein Bodenanschnittdesign oder mehrstufige Angusskanäle nutzen, um Defekte aufgrund von Turbulenzen aus dem Schwerkraftguss zu verhindern. Dabei sind wir nicht an konventionelle Muster gebunden. Wir bestimmen, an welchen Stellen der Guss optimiert werden kann und passen das Design entsprechend an.“

Sie betont, wie wichtig eine virtuelle Simulation bei Einmalgüssen ist. „Mithilfe meiner Modellierung kann ich den Kunden mit 95%iger Wahrscheinlichkeit sagen, ob das ein guter Guss wird. Ich kann außerdem auf Bereiche hinweisen, an denen noch nachgearbeitet werden muss“, erklärte sie. Dabei nutzt sie eine spezielle Modellierungssoftware, um den Guss zu simulieren und Schrumpfungen im Mikro- und Makrobereich zu identifizieren. In einem iterativen Prozess analysiert sie Daten, um die Ausrichtung zu optimieren und Hot Spots zu identifizieren. Gleichzeitig entwickelt sie Designs zur Integration von organischen Rigging-Designs sowie zur Validierung von Erstarrungsparametern.

Aus dieser Vorgehensweise und der Binder-Jetting-Technologie ergeben sich somit zahlreiche Vorteile bei der Produktion von Gussformen und Kernen. „Wir arbeiten mit virtuellen Güssen, um die Anzahl realer Probegüsse zu reduzieren. Die Modellierung hilft uns beim Design und wir können vor dem Einsatz in der Gießerei schnell Anpassungen an der Geometrie vornehmen“, so Nastac. Die Schnelligkeit dieses Prozesses bietet dabei den größten Mehrwert für Kunden. „Bei der herkömmlichen Herangehensweise werden Kern und Form für das Design produziert. Das kann bis zu sechs Monaten dauern ist außerdem mit hohen Kosten verbunden. Bei dieser Vorgehensweise weiß man auch erst nach dem Guss, ob alles erfolgreich war. Um Veränderungen am Design vorzunehmen, muss man den gesamten Prozess mit einer neuen Form wieder von vorn beginnen. Heute können wir mit der Binder-Jetting-Technologie ein CAD-Modell direkt drucken. Designänderungen können wir also über die Modellierung und die 3D-gedruckten Kerne und Formen innerhalb von ein paar Tagen direkt am CAD-Modell vornehmen."

Das Besondere dabei ist nicht nur die Geschwindigkeit, sondern auch, dass überhaupt Änderungen vorgenommen werden können. Das gilt in der Branche immer noch als Innovation“, fügte sie hinzu. „Hinsichtlich der Geometrie waren wir vorher sehr eingeschränkt und hatten nicht so viele Freiheiten hinsichtlich der Entwicklung komplexer Rigging-Designs. Die Binder-Jetting-Technologie macht herkömmliche Entwürfe von Gussformen überflüssig – jetzt müssen wir unsere Formen nur noch entsanden. Wir sind bei der Designentwicklung nicht an die Schnittlinien konventioneller Muster gebunden und können so Elemente wie Schieber und Steigrohre dort platzieren, wo sie im Guss den größten Vorteil bringen – und nicht dort, wo sie am geschicktesten für das Muster sind.“

Als Beispiel führte Mihaela Nastac ein Projekt für Sikorsky Aircraft an. „Im Rahmen des Projekts sollte ein neues Getriebe für ein völlig neuartiges Helikoptermodell entwickelt werden. Hierfür wurden also auch neue Gussformen benötigt. Bei derartig komplexen Projekten ist es üblich, dass mindestens zehn Testgüsse durchgeführt werden. Das Team des Kunden war also ziemlich beeindruckt, als bereits der erste Guss ein Erfolg war. Mit einer Technologie wie unserer stehen einem sämtliche Wege offen. Man kann tun, was immer man möchte und muss sich nicht an bestehende Muster halten. Projekte können also in einer Geschwindigkeit abgewickelt werden, die für den Kunden neu ist.”