idw – Informationsdienst Wissenschaft

Nachrichten, Termine, Experten

Grafik: idw-Logo
Medienpartner:
Wissenschaftsjahr


Teilen: 
20.11.2007 15:29

Maßgeschneiderte Formeinsätze für den Werkzeugbau

Dipl.-Phys. Axel Bauer Marketing und Kommunikation
Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT

    Werkzeugbauer im Bereich des Spritz- und Druckgusses suchen ständig nach neuen Ansätzen, um die Standzeiten der Werkzeuge zu erhöhen und die Zykluszeiten für die Herstellung von Kunstoff- oder Aluminium-Bauteilen zu reduzieren. Die Anforderungen an die Werkzeuge werden damit immer komplexer und können mit klassischen homogenen Werkstoffen oft nicht mehr erfüllt werden.

    Ein Beispiel ist die Kombination von Verschleißbeständigkeit und Wärmeleitfähigkeit. Eine hohe Verschleißbeständigkeit wird üblicherweise durch warmfeste Stähle erzielt. Für hohe Wärmeleitfähigkeiten sind dagegen eher Kupferwerkstoffe geeignet. Ein Lösungsansatz für die optimale Vereinigung beider Eigenschaften bieten sogenannte Gradientenwerkstoffe. Durch Variation der chemischen Zusammensetzung können verschiedene Eigenschaften wie hohe Verschleißbeständigkeit, hohe Wärmeleitfähigkeit , Zähigkeit und Festigkeit eingestellt werden.

    Das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT in Aachen hat nun zwei innovative Rapid Manufacturing Verfahren zur Herstellung von maßgeschneiderten Einsätzen aus Gradientenwerkstoffen oder Werkstoffkombinationen für den Werkzeugbau qualifiziert: Das Laserstrahl-Auftragschweißen von Gradientenschichten auf Rohlingen sowie die generative Fertigung mit dem Selective Laser Melting (SLM) von Werkzeugeinsätzen aus einer Werkstoffkombination. Beide Verfahren werden erstmals auf der EUROMOLD 2007 vom 05.12. bis 08.12.2007 auf dem Frankfurter Messegelände in Halle 8, Stand L113 dem breiten Fachpublikum präsentiert.

    Formkerne in Spritzgießwerkzeugen müssen die Wärme aus dem Kunststoff rasch abführen, um die Zykluszeit klein zu halten und eine gute Entformbarkeit zu gewährleisten. Ein geeigneter Werkstoff hierfür ist Kupfer. Dessen Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit ist jedoch für die meisten Anwendungen ungenügend. Am Fraunhofer ILT werden die Formkerne daher durch Laserstrahl-Auftragschweißen mit einer gradierten Schicht auf Stahlbasis versehen. Die Gradientenbeschichtung sorgt für eine dem Werkzeugstahl vergleichbare Verschleißbeständigkeit.

    Auch im Druckgießwerkzeugbau können in Zukunft durch Gradientenwerkstoffe entscheidende Vorteile erzielt werden. Mit dem Laserstrahl-Auftragschweißen wurde hierzu am Fraunhofer ILT der Aufbau von Werkzeugeinsätzen mit einem Kern aus Edelstahl und einer Hülle aus einer verschleiß- und korrosionsbeständigen Stahllegierung demonstriert.

    Das Selective Laser Melting wird am Fraunhofer ILT für die Fertigung von Formeinsätzen mit komplexen Temperierkanälen eingesetzt. Durch den schichtweisen Aufbau auf der Grundlage von CAD Daten können beliebig komplexe Hohlstrukturen erzeugt werden, die mit konventionellen Fertigungsverfahren nicht realisierbar sind. Beim SLM, das am Fraunhofer ILT entwickelt wurde, werden handelsübliche metallische Serienwerkstoffe in Pulverform verarbeitet. Hiermit lassen sich direkt Spritzwerkzeuge für die Serienproduktion herstellen. Die konturnahen Temperierkanäle sorgen für eine schnelle Werkzeugkühlung. Dies reduziert nicht nur die Zykluszeiten der Fertigung sondern führt zusätzlich zu einer erhöhten Qualität der Kunststoffprodukte.

    Das Fraunhofer ILT entwickelt nun in Zusammenarbeit mit dem Gießerei-Institut der RWTH Aachen eine Alternative: die Herstellung von Formeinsätzen aus einer Werkstoffkombination. Per SLM wird nur eine dünne Hülle des Formeinsatzes aufgebaut. Der Hohlraum wird anschließend per Gießen mit einem weiteren Material aufgefüllt. Während die Hülle dann beispielsweise aus einem verschleißbeständigen Werkzeugstahl besteht, bietet sich als Gussmaterial ein hochwärmeleitfähiger Werkstoff wie eine Kupfer- oder Aluminiumlegierung an. Der Vorteil: Der Formeinsatz verfügt wegen des sehr gut wärmeleitfähigen Kerns über eine sehr gleichmäßige Kühlwirkung und benötigt dafür nur einfache oder gegebenenfalls sogar keine Kühlkanäle, wodurch der Konstruktionsaufwand erheblich reduziert wird.

    Für weitere Informationen wenden Sie sich bitte an:

    Dr.-Ing. Wilhelm Meiners (Experte zum Selektiven Laserschmelzverfahren SLM)
    Telefon: +49 241/8906-301
    Fax: +49 241/8906-121
    wilhelm.meiners@ilt.fraunhofer.de

    Dr.-Ing. Andreas Weisheit (Experte zum Laser-Auftragschweißen)
    Telefon: +49 241/8906-403
    Fax: +49 241/8906-121
    andreas.weisheit@ilt.fraunhofer.de

    Dr. Konrad Wissenbach (Leiter der Abteilung Oberflächentechnik)
    Telefon: +49 241/8906-147
    Fax: +49 241/8906-121
    konrad.wissenbach@ilt.fraunhofer.de


    Weitere Informationen:

    http://www.ilt.fraunhofer.de


    Merkmale dieser Pressemitteilung:
    Elektrotechnik, Energie, Maschinenbau, Werkstoffwissenschaften, Wirtschaft
    überregional
    Forschungs- / Wissenstransfer, Forschungsergebnisse
    Deutsch


    Maßgeschneidertes Bauteil: Werkzeughülle aus Stahl hergestellt mit Selective Laser Melting, Hohlraum aufgefüllt durch Gießen von Aluminium.


    Zum Download

    x

    Mit Laserauftragschweißen beschichtete Formkerne eines Spritzgießwerkzeuges. Links: Rohling. Rechts: fertigbearbeitetes Teil


    Zum Download

    x

    Hilfe

    Die Suche / Erweiterte Suche im idw-Archiv
    Verknüpfungen

    Sie können Suchbegriffe mit und, oder und / oder nicht verknüpfen, z. B. Philo nicht logie.

    Klammern

    Verknüpfungen können Sie mit Klammern voneinander trennen, z. B. (Philo nicht logie) oder (Psycho und logie).

    Wortgruppen

    Zusammenhängende Worte werden als Wortgruppe gesucht, wenn Sie sie in Anführungsstriche setzen, z. B. „Bundesrepublik Deutschland“.

    Auswahlkriterien

    Die Erweiterte Suche können Sie auch nutzen, ohne Suchbegriffe einzugeben. Sie orientiert sich dann an den Kriterien, die Sie ausgewählt haben (z. B. nach dem Land oder dem Sachgebiet).

    Haben Sie in einer Kategorie kein Kriterium ausgewählt, wird die gesamte Kategorie durchsucht (z.B. alle Sachgebiete oder alle Länder).