Mit einem Klick zum optimierten Werkzeug – so einfach ist das 3D-Drucken leider noch nicht. Aber die neusten Entwicklungen in der Additiven Fertigung zeigen Potenzial hinsichtlich schnellerer Prozessketten.
Im Rahmen des Forschungsprojekts HM-Tools zur Hartmetallverarbeitung mittels pulverbettbasierten 3D-Drucks wird an der Entwicklung einer Prozesskette zur additiven Herstellung von Hartmetallwerkzeugen gearbeitet. Durch die additive Erzeugung dieser Werkzeuge ist es möglich, komplexe Geometrien, die Integration zusätzlicher Funktionen oder neue Ansätze bei der Werkzeugkonstruktion zu verwirklichen.
Additive Fertigung von komplexen Werkzeuggeometrien
Hartmetallwerkzeuge finden vor allem in der spanenden Bearbeitung, wie beispielsweise beim Drehen, Fräsen oder Bohren, Verwendung. Während des Zerspanungsprozesses können allerdings hohe Temperaturen auftreten, welche die Schneidfähigkeit des Werkstoffs herabsetzen sowie den Verschleiß steigern und somit eine Kühlschmierung notwendig machen. Um eine externe Zufuhr des Kühlschmierstoffs zu vermeiden, sind im Werkzeug integrierte Kühlschmiermittel-Zuführungen erforderlich. Aufgrund der sehr hohen Härte kommen nur wenige Technologien zur Erzeugung der Kühlkanäle in Frage. Diese komplexen Geometrien lassen sich bislang – wenn überhaupt – nur mit sehr hohem Aufwand herstellen. Abhilfe kann hier die Additive Fertigung schaffen. Denn sie bietet die Möglichkeit, auch innenliegende Strukturen zu erzeugen. Zudem verkürzt und reduziert die endkonturnahe Fertigung aufwändige Zerspanungsprozesse. Bei der Nachbearbeitung muss weniger Material abgetragen werden, wodurch eine ressourceneffiziente Fertigung gewährleistet wird. Ein mögliches Verfahren ist der Pulver-Binder-basierte 3D-Druck (Binder-Jetting). Vorteilhaft gegenüber laserbasierten Verfahren sind hierbei die niedrigen Herstellungskosten und die höheren Aufbauraten.
Vom Pulver zum Werkzeug
Mit Hilfe von Pulver und Binder entsehen dreidimensionale Bauteile. Die Pulverteilchen werden an ausgewählten Stellen mit dem Binder verklebt und bilden so, Schicht für Schicht, den sogenannten Grünling. Die Herausforderung stellt dabei die Gründichte dar, da eine hohe Porosität die Qualität von Bauteilen beeinträchtigt. Um die Bauteilporosität zu verringern und somit die Werkstoffeigenschaften zu verbessern, folgt in der Regel ein Verdichtungsprozess.
Dank
Das Forschungsprojekt „Entwicklung eines Verfahrens zur Hartmetallverarbeitung mittels pulverbettbasierten 3D-Drucks für komplexe Hartmetallwerkzeuge“ wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) als ZIM-FuE-Projekt gefördert. Wir danken dem BMWi für die hervorragende Unterstützung.
