Leichtbau im Werkzeugbau

Leichtbauwerkzeuge für Schwerstarbeit

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Additive Fertigung ermöglicht innere Hohlräume

Die neuste Technologie, um Werkzeuge gewichtsarm herzustellen, ist die Additive Fertigung. Mapal setzt auf selektives Laserschmelzen, einen Pulverbett-basierten Prozess. Loses Metallpulver wird mittels eines Laserstrahls Schicht für Schicht an den Stellen aufgeschmolzen, an denen Material sein soll. Das Bauteil entsteht von unten nach oben. Die Flächen, die geschmolzen werden, sind in Quadrate (Schachbrettmuster) unterteilt. Diese werden nicht aufeinanderfolgend, sondern statistisch verteilt aufgeschmolzen. Dadurch wird eine Verteilung des Wärmeeintrags erreicht. Außenkonturen und Flächen werden mit unterschiedlichen Parametern bearbeitet. Denn: Die Bearbeitungsparameter haben Einfluss auf die Materialeigenschaften. Beim selektiven Laserschmelzen handelt es sich um einen „Brutto“-Prozess, das heißt, es entsteht fast kein Abfall. Pulver, das übrig bleibt, wird beim nächsten Fertigungsprozess nahezu vollständig wiederverwendet. Bei Mapal kommt hauptsächlich ein spezieller Warmarbeitsstahl in Pulverform mit einer Korngröße von 10 bis 45 µm für die Additive Fertigung zum Einsatz. Dieser Werkstoff bietet zahlreiche Vorteile: er ist schweiß- und lötbar, relativ verzugsarm und sehr gut geeignet zum hybriden Bauen. Mithilfe der Additiven Fertigung können fast beliebige räumliche und komplexe Geometrien sowie innen liegende Hohlräume realisiert werden, unbeeinträchtigt von Maschinenaufspannungen, Werkzeugen oder Fertigungsmitteln. Dadurch ergeben sich in vielen Bereichen ganz neue Möglichkeiten. Mapal und auch andere Unternehmen der Branche machen sich beispielsweise bei der Fertigung von Außenreibahlen die Möglichkeit zunutze, innere Hohlräume sowie deutlich gewichtsärmer zu fertigen. Denn Außenreibahlen funktionieren in der Regel umso besser, je leichter sie sind – insbesondere bei der Bearbeitung von Wellen mit kleinen Durchmessern. Ein herkömmlich gefertigtes Werkzeug aus Stahl zur Bearbeitung eines Durchmessers von beispielsweise 8,5 mm wiegt jedoch bereits 390 g. Dieses Gewicht und die daraus resultierende Trägheit schränken die maximal möglichen Schnittgeschwindigkeiten stark ein. Deshalb bringt eine Gewichtsoptimierung sofort deutliche Produktivitätssteigerungen. Durch eine speziell entwickelte Rippenstruktur im Inneren des Werkzeugs ist es zudem gelungen, die bereits erwähnte Reibahle mit einem Gewicht von 172 g herzustellen; das Gewicht konnte also um mehr als die Hälfte reduziert werden. Die Bearbeitung kann mit den Additiv gefertigten Außenreibahlen deutlich schneller und mit höherer Genauigkeit durchgeführt werden.

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Produktivitätssteigerung und verbesserte Werkstückqualität

Die Gründe für den Einsatz von Leichtbauwerkzeugen sind Maschinenanforderungen aufgrund von Drehzahl, maximalem Werkzeugwechselgewicht, Spindelnachgiebigkeit und der verbesserten Achs- und Spindeldynamik. Bei Außenreibahlen in Pendelhaltern ist die Motivation die verbesserte Werkstückqualität. Je nach Bearbeitungsaufgabe und vorhandener Infrastruktur bietet Mapal das optimale Werkzeug in Leichtbauweise. Dafür nutzt das Unternehmen unterschiedliche Methoden: So werden Werkzeuge aus Leichtbauwerkstoffen beziehungsweise mit Komponenten aus Leichtbauwerkstoffen (Titan, Aluminium, CFK) gefertigt und es wird auf Methoden wie das Schweißen und die Additive Fertigung zurückgegriffen.

* Dr. Dirk Sellmer ist Leiter Forschung und Entwicklung bei Mapal in 73431 Aalen, Tel. (0 73 61) 5 85-0, info@de.Mapal.com

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