Werkzeugbauer setzt auf additive Fertigung von Kühlkanälen

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Um diese Probleme zu beseitigen, begannen die Designer von Innomia damit, ein neues Kühlsystem für den Werkzeugeinsatz zu entwickeln. Eine optimale Abführung der beim Produktionsvorgang entstehenden Wärme stand dabei weit oben auf der Prioritätenliste. Wie vielfach bei der DMLS-Technologie erprobt, entschloss sich das Team, die integrierten Kühlkanäle möglichst konturnah zu platzieren – eine der besonderen Möglichkeiten, die nur additive Fertigungsverfahren bieten. Zum Einsatz kam dabei die bei Innomia seit vielen Jahren im Einsatz befindliche Eosint M 270 des Herstellers EOS aus Krailling in Bayern.

Verzugfreie Kunststoffteile durch optimierte Kühleigenschaften

Der Durchmesser der Kühlkanäle lag bei 3 mm. Beim verwendeten Metall fiel die Wahl auf den martensitaushärtenden Stahl 1.2709. Nach dem eigentlichen Herstellungsprozess – dem schichtweisen Auftragen und Verschmelzen des Metallpulvers gemäß den 3D-Daten – erhöhten die Mitarbeiter des tschechischen Werkzeugspezialisten den Härtegrad durch Nachbehandlung auf über 50 HRC (Rockwell-Härte). Diese mechanischen Eigenschaften garantieren eine hohe Verschleißfestigkeit und reduzieren damit den Wartungsaufwand.

Innomia konnte im DMLS-Verfahren mit der Eosint M 270 auf diese Weise ein besonders langlebiges Bauteil herstellen. Gleichzeitig blieben die bekannten und bewährten Vorteile der Methode hinsichtlich Design und Zykluszeitreduzierung erhalten. Durch die Möglichkeit, die Kanäle konturnah und damit kühlungsoptimal für dieses Bauteil zu integrieren, konnte man die zentralen Herausforderungen des Produktionsprozesses mit geringem Aufwand meistern.

Die konturnahe Kühlung und die Fertigung im Schichtbauverfahren brachten dann auch in der Praxis die erwünschten Ergebnisse: die Temperaturverteilung und damit die Wärmeableitung sind nun wesentlich homogener geworden. Da die Wärme besser verteilt und schneller von der Werkzeugoberfläche und dem Werkstück abgeführt werden kann, reicht es Magna nun aus, wenn Wasser mit 60 °C zur Kühlung eingesetzt wird – die DMLS-Alternative für die Kühlkanalherstellung hilft folglich auch beim Energie sparen. Die Oberfläche des Einsatzes selbst wird nicht wärmer als 90 °C. So konnten die Ingenieure parallel auch noch das Feuchtigkeitsproblem aus der Welt schaffen. Der Kunde Magna profitiert jetzt dank des Einsatztes der EOS-Technik von einem auf fünf bis sechs Wochen verlängerten Wartungsintervall.

Die üblichen Verfahren können manch komplexere Kontur nicht fertigen

Die optimierten Kühlkanäle funktionieren dabei so gut, dass die Zeit für einen Produktionszyklus um 17 % verkürzt werden konnte. Die spritzgegossenen Kunststoffteile verformen sich außerdem durch die gleichmäßige und schnelle Wärmeverteilung und -ableitung nicht mehr.

Die Zykluszeitreduktion und die Qualitätsverbesserung des Endprodukts kommen auf diese Weise gemeinsam zum Tragen. Die zugrunde liegenden Vergleichskontrollen haben Innomia und Magna nach etwa 370.000 Zyklen durchgeführt. Nach dieser Zeitspanne stellte sich heraus, dass die Gesamteinsparungen im Vergleich zum vorherigen Werkzeugzustand, bereits bei einem Wert von etwa 20.000 Euro lagen.

Die Entscheider der Werkzeugwartung bei Magna ziehen darum auch eine positive Bilanz. Denn die Verbesserung Kühlthematik hatte man seit Langem im Visier. Man wusste zwar, wie ein verbessertes Produkt aussehen müsste, doch dessen Herstellung erschien mit den üblichen technischen Mitteln zunächst unmöglich.

Einen regelrechten Durchbruch brachte dann die additive Fertigung: die Magna-Leute konnten die Kühlkanäle durch Innomia und die EOS-Technik nach Belieben planen und den Werkzeugkern entsprechend fertigen lassen. Der Laser schmilzt schließlich Schicht für Schicht des Metallpulvers auf, sodass wirklich fast jede Kontur auf diese Weise machbar ist. Das Ergebnis macht klar, dass die Technik ihren Teil zur Erfüllung des Qualitätsversprechens im Automobilbau beitragen kann. MM

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