Der erste WindformSP 3D-gedruckte Driver-Schläger mit einer Titan-Schlagfläche in Präzisionsbearbeitung

Krone gehört zu den internationalen Topunternehmen im Bereich hochwertiger Golfausrüstungen; CRP Meccanica und CRP Technology, beide Teil der in Italien ansässigen CRP Gruppe, wurden für die Zusammenarbeit als technische Partner ausgewählt.

Die Erfahrung von CRP Meccanica und CRP Technology umfasst die Anwendung von Additiver Fertigung, CNC-Feinmechanik-Bearbeitung und zerstörungsfreien Prüfungen während der Verarbeitungsphasen, CMM-Abmessungskontrollen, um die vollständige Rückverfolgbarkeit jedes Teils zu garantieren, von der Zertifizierung der Metalllegierung bis zur Bestätigung der Abschlusstests.

Die bisherige Geschichte

Titan und Verbundwerkstoffe werden in der Golfindustrie seit fast 20 Jahren eingesetzt. Jedoch wurde im Laufe der Jahre wenig getan, um die Vorteile zu nutzen, die sie für die Optimierung des Designs oder der Leistung bieten können. Viele Anstrengungen wurden unternommen, um Kosten zu senken oder das Ergebnis zu verbessern: Titanteile werden typischerweise gegossen, gestanzt oder geschmiedet: Verbundwerkstoffe werden manuell vorimprägniert ausgelegt und durch Druck geformt oder in einem Autoklav bearbeitet.

Krone ist dafür bestimmt, die international fortgeschrittenste Golf-Hochleistungsausrüstung anzubieten. Dafür musste Krone nach Meinung seines CEO Marc Kronenberg und seiner Mitarbeiter zwei Dinge erreichen:

1. a) Ausbrechen aus den traditionellen “Massenproduktions”-Fertigungstechniken, um Pioniere der “kundenindividuellen Massenproduktion” in der Golfindustrie zu werden
2. b) Einsatz innovativster Materialien, von High-Tech-Verfahren und Zusammenarbeit mit führenden Industriepartnern, um einen Golf-Driver zu entwickeln, der neue Maßstäbe bei Qualität und Leistung setzt

Krone hat umfangreiche Forschungs- und Testarbeiten im Bereich unterschiedlicher Verfahren der Additiven Fertigung durchgeführt, wie z. B. Direktes Metall-Laser-Sintern von Titan und 3D-Druck von “Wachs”- oder Vorlagenmustern für den Guss: Während einige Ergebnisse recht vielversprechend waren, gab es aber auch Probleme mit der Genauigkeit (Toleranzen), der Wiederholbarkeit (Variationen zwischen den Teilen) und Qualität (Erscheinungsbild der Oberfläche).

Krone wählte die CRP Gruppe für das Projekt aus, um sich bei der Kombination von Additiver Fertigung und CNC-Feinmechanik-Bearbeitung beraten zu lassen.

Durch die Zusammenarbeit mit dem italienischen Unternehmen erschloss sich Krone ein Netz von Unternehmen, die ein großes Angebot von kundenspezifischen Lösungen zur Verfügung stellen. Zwei spezielle Divisionen der CRP Gruppe bildeten das Projektteam: CRP Meccanica und CRP Technology.

CRP Meccanica koordinierte das Projekt zwischen Krone, CRP Technology und den Design-Beratern und brachte seine Erfahrung in CNC-Feinmechanik-Bearbeitung mit ein.

Die Abteilung für 3D-Druck und Additive Fertigung von CRP Technology gestaltet fertige Teile und Prototypen in kurzer Zeit: Es können extrem komplexe Abmessungen realisiert werden, die man nicht einfach oder auch gar nicht mit Werkzeugen herstellen kann, dank der verstärkten Laser-Sinter-Pulver für die Additive Fertigung. Dieses Material trägt den Namen Windform. Seine mechanischen Eigenschaften machen es zu einer idealen Auflage auf 3D-gedruckten Teilen und führen von “Rapid Prototyping” zu “Rapid Manufacturing”.

Bewertungskriterien

Es gibt viele Kriterien, um die Leistung eines Golfschlägers zu beurteilen: üblicherweise “Entfernung” und “Abflugwinkel” wie Loft, Drall und Ballgeschwindigkeit, die man leicht messen und quantifizieren kann.

Dazu existieren auch nuanciertere Kriterien wie “Klang” und “Gefühl”, die eher persönliche Vorlieben widerspiegeln und einem Finetuning unterzogen werden.

Natürlich ist auch die Leistung ein kritischer Punkt. Golfer benutzen kein Produkt, das ihre Erwartungen nicht erfüllt.

Das ist der Grund, warum das Design und die Entwicklung von Golfschlägern ähnlich ist wie bei Top-Automobilen: Auch dort kann man Beschleunigung und Geschwindigkeit problemlos messen, aber die korrekte Gestaltung von Auswuchtung, Bedienung und Auspuffanlage erfordert die richtige Mischung aus Kunst und Wissenschaft.

AUFWAND BEI DEN KOMPONENTEN

Die Technik hinter einem großen Golf-Driver umfasst die Optimierung der Stärke jeder Oberfläche, die Kontrolle des Gewichts des Kopfes und die Einstellung des Schwerkraftzentrums der Montage. Damit alles exakt gelingt, müssen alle Elemente ins Gleichgewicht gebracht werden.

USGA und R&A (Verbände für Profi-Golf) haben Limits für die maximale Größe und das maximale Volumen eines Golfschlägers festgelegt – so müssen die Ingenieure innerhalb eines gewissen Rahmens arbeiten. Dies hat Innovationen aufgehalten und dazu geführt, dass die großen Hersteller von Golfschlägern Produkte gestalten, die untereinander sehr ähnlich sind.

“Wir sehen” – kommentierte Marc Kronenberg – “die Gelegenheit, etwas Revolutionäres in der Golfindustrie zu unternehmen und ein Spitzenprodukt zu entwickeln durch den Einsatz von intelligentem Design, innovativen Materialien und High-Tech-Herstellungsverfahren.”

Einschränkungen der bisherigen Technologien für Krone

1. Die bisherigen Technologien erfordern eine Werkzeugausstattung, die die zu erzeugenden Abmessungen limitiert.
2. Sie sind arbeitsintensiv.
3. Sie sind für kleine Serien oder kundenindividuelle Teile nicht geeignet.
4. Gießen und Schmieden haben große Toleranzen, Variationen zwischen den Teilen und erfordern weitere Arbeiten.

Außerdem kann Titan nicht dünner gegossen oder gestanzt werden, da die geschweißten Teile zusammengehalten werden müssen.

Beim Schweißvorgang entsteht Hitze, die dünne Bereiche deformieren kann.

Teile aus Carbonfasern können ohne den Einsatz von teuren Hochmodulfasern nicht fester werden.

Hochleistungs-CNC-Bearbeitung und Additive Fertigung lösen all diese Probleme: CNC-Bearbeitung ermöglicht die strenge Kontrolle der Stärken in kritischen Bereichen. Additive Fertigung erlaubt sehr feste, aber auch leichte Strukturen und 3D-Gitter-Abmessungen, die vorher nie möglich waren.

“Während unserer Arbeitserfahrung mit CRP” – stellte Marc Kronenberg, Krone CEO fest -“ist bis jetzt keines der erwähnten Problems aufgetreten. Die Qualität der Teile, ihre Beständigkeit und die Exaktheit der CNC- und 3D-Druck-Abteilungen sind ausgezeichnet.”

KD-1: DER WINDFORM SP 3D-GEDRUCKTE DRIVER-SCHLÄGER MIT EINER TITAN-SCHLAGFLÄCHE IN PRÄZISIONSBEARBEITUNG

Die Zusammenarbeit zwischen Krone, CRP Technology und CRP Meccanica führte zu der Entstehung von KD-1. Das ist ein Driver-Schläger aus Verbundmaterialien, wobei die unterschiedlichen Materialien eine spezifische Funktion und strukturelle Eigenschaften haben.

Die Struktur von KD-1 wurde von CRP Technology’s 3D-Druck- und Additive Fertigung-Abteilung unter dem Einsatz von Laser-Sinterung und dem innovativen Windform SP Additive Manufacturing-Material hergestellt. Windform SP ist ein hoch dehnbares Material mit besonders starkem mechanischen Widerstand. Es wird verwendet bei andauernd hoher Materialbeanspruchung durch Vibrationen oder Erschütterungen, ohne dass ein Bruchrisiko bestünde. Mit Hilfe der Elastizität wird die mechanische Beanspruchung aufgefangen.

Der Körper verfügt über 4 Helicoil® M4 -Einlagen, um das Gewicht festzuhalten.

Die Fläche von KD-1 (die schlagende Oberfläche am Schlägerkopf) besteht aus Ti6AI4V: Sie wurde vollständig in CNC-Bearbeitung aus einem Festkörper und sandgestrahlt hergestellt – nur äußerlich – von CRP Meccanica; auch das Hosel besteht aus Titan.

Die Beschwerung ist aus Messing und vollständig in CNC-Bearbeitung aus einem Festkörper und sandgestrahlt von CRP Meccanica hergestellt.

Ti6AI4V TITAN-LEGIERUNG

CRP Meccanica hat ein sehr leichtes, aber strapazierfähiges Material für diese Art von Produkt gewählt, nämlich Ti6Al4V Titan-Legierung.

Die Titan-Legierung, die von CRP Meccanica verwendet wird, ermöglicht es auch, Teile herzustellen, die die erforderlichen Vorgaben zu Gewicht und Abmessungen beachten.

Die Form der Fläche von KD-1 bedingt den Einsatz von Präzisionsmechanik der Spitzenklasse: Krone hat das herausragende Niveau der technologischen Erfahrung bei CRP Meccanica anerkannt, die das unmittelbare Ergebnis der Unternehmensanfänge im Motorsport ist, einem extrem anspruchsvollen Bereich, der ein außergewöhnliches Niveau an Zuverlässigkeit und Präzision verlangt.

Aus diesem Grund wird die Arbeit von CRP Meccanica wesentlich für jede Anwendung, in der kritische Punkte vorliegen. CRP Meccanica berücksichtigt die Eigenschaften von Titan und seinen Anwendungen in vielen Bereichen, vom Motorsport zur Raumfahrt, vom Schiffbau zu unterschiedlichsten Industriezweigen, gewinnt Titan-Legierungen aus Festkörpern und war das erste Unternehmen, das diese Legierungen im Schnellgussverfahren bearbeitete.

Das internationale Szenario verlangt eine Unternehmensvision, die die Bedeutung von Innovationen hervorhebt. Die CRP Gruppe, zu der CRP Meccanica gehört, nimmt die Herausforderung der Globalisierung auf, indem sie ihr technisches Know-how ständig aktualisiert: Sie hat ihre Wurzeln in der Erfahrung, die in über 45 Jahren im Motorsport gewonnen wurde. Ihre Fähigkeit, Lösungen der Spitzentechnologie und innovative Materialien zu bieten, bringen sie in eine ideale Position, um ihren Kunden Qualität, Zuverlässigkeit und Präzision zu garantieren.

CRP Meccanica arbeitet mit Materialien der neuesten Generation, um für die Kunden funktionelle und ästhetisch ansprechende Teile in einem kurzen Zeitrahmen herzustellen, wobei ihr spezialisiertes technisches Inhouse-Team in jeder Projektphase mit einbezogen wird.

VORTEILE, DIE SICH AUS DER CNC-FEINMECHANIK-BEARBEITUNG UND DER ADDITIVEN FERTIGUNG MIT WINDFORM MATERIALIEN ERGEBEN:

1. a) Geschwindigkeit
2. b) Präzision
3. c) Flexibilität des Designs
4. d) Optimierung der Teile

Besonders interessant an der Produktion der Teile in Windform SP und mit CNC-Feinmechanik-Bearbeitung sind die schlanken und direkten Verarbeitungsprozesse: Sobald die CAD-Datei überprüft wurde, sind nur noch Programmierung und Einrichtung erforderlich, bevor die Teile dann umgehend auf Hochpräzisions-Maschinen (CNC und SLS) hergestellt werden, die praktisch rund um die Uhr laufen können. Die fertigen Teile sind von hoher Qualität und entsprechen genau der ursprünglichen CAD-Datei.

Die Kombination von 3D-Druck und CNC-Maschinen führt zu einem beschleunigten und zeitsparenden Produktionsverfahren. Die Technologie der Additiven Fertigung ist viel schneller als der Entwurf und die Produktion eines Werkzeugs für den Spritzguss. Außerdem bietet der 3D-Druck den Ingenieuren mehr zeitliche Flexibilität, um Verbesserungen einzuführen.

“Wir planen,” – fügte Kronenberg hinzu – “weiterhin eng mit CRP zusammenzuarbeiten, um das Design weiterzuentwickeln, so dass wir ihre Verfahren der CNC-Bearbeitung und Additiven Fertigung voll ausnutzen und das Konzept der “kundenindividuellen Massenproduktion” für individuelle Golf-Komponenten zum Ende dieses Jahres auf den Markt bringen können. Die Übereinstimmung zwischen den mit CNC-Maschinen erstellten Teilen und Windform entspricht genau dem Entwurf. Im Hinblick auf das Design kann ich sagen, dass der Einsatz von Windform SP und Titan mir ermöglicht hat, die Grenzen der Leistung des Golfschlägers zu erweitern. Das Design des KD-1-5 wird wirklich etwas Besonderes sein. Obwohl er ganz normal aussieht, unterscheidet sich sein Leistungsniveau – wie in Computersimulationen vorhergesagt – vollständig von dem irgendeines anderen Golfschlägers, der heute erhältlich ist.”