16.10.2018

Härtere Werkzeuge aus dem 3D-Drucker

Neues Verfahren für die Hartmetall­industrie vor­ge­stellt.

In der Umformtechnik, der spanenden Formgebung und Verfahrens­technik werden extrem harte Werk­zeuge benötigt, die konven­tionell über Pulver­pressen herge­stellt werden. Damit wird zwar eine hohe Härte erzielt, es ist jedoch eine auf­wändige und somit teure Nach­bearbei­tung erforder­lich. Additive Ver­fahren ermög­lichen komplexe Geometrien von Hart­metall­werk­zeugen, sind bis­lang jedoch hin­sicht­lich Härte und Bau­teil­größe ein­ge­schränkt. Forscher am Fraun­hofer-IKTS in Dresden haben jetzt das 3D-Druck­ver­fahren Fused Fila­ment Fabri­cation auf Hart­metalle adap­tiert. Die Ent­wick­lung erfüllt erst­mals alle Anforde­rungen für den Einsatz in Bearbei­tungs­werk­zeugen.

Abb.: Hartmetallmuster mit komplexer Geo­me­trie auf FFF-Stan­dard­drucker Hage3D 140 L, in dem sich künf­tig auch große Bau­teile drucken lassen. (Bild: Fh.-IKTS)

Hartmetalle bestehen aus den Metall­bindern Nickel oder Cobalt und dem Hart­stoff Wolfram­carbid. Aus ihnen wurden bis­lang bereits zu­ver­läs­sige Schneid-, Bohr-, Press- und Stanz­werk­zeuge extru­diert, spritz­ge­gossen oder über uni­axi­ales be­zie­hungs­weise kalt­iso­sta­tisches Pulver­pressen ge­fer­tigt. Kom­plexe oder spezi­fische Geo­me­trien sind mit diesen Ver­fahren trotz teurer Nach­be­ar­bei­tung jedoch nur sehr auf­wändig oder gar nicht zu reali­sieren. Ab­hilfe schaffen addi­tive Ver­fahren. Der 3D-Pulver­druck und der thermo­plas­tische 3D-Druck wurden am Fraun­hofer-IKTS bereits erfolg­reich mit aus­ge­wählten Hart­metallen ein­ge­setzt. Aller­dings ist bei diesen Ver­fahren neben der Ein­stel­lung des Binder­ge­halts und der resul­tie­ren­den Härte auch die Bau­teil­größe limi­tiert.

Das aus der kunststoffverarbeitenden Industrie stam­mende addi­tive Ferti­gungs­ver­fahren Fused Fila­ment Fabri­ca­tion, kurz FFF, wurde am Fraun­hofer-IKTS zu­nächst auf Kera­miken und Ver­bund­werk­stoffe adap­tiert. „Durch die mate­rial­effi­ziente FFF er­öff­nen sich aber auch für Hart­metalle inte­res­sante Mög­lich­keiten zur Her­stel­lung von großen, kom­plexen Proto­typen oder Sonder­werk­zeugen“, sagt Tassilo Moritz vom Fraun­hofer-IKTS.

Bei der FFF werden 3D-Körper aus einem flexiblen, schmelz­fähigen Fila­ment auf­ge­baut. Das Fraun­hofer-IKTS besitzt seit Jahr­zehnten eine aus­ge­wiesene pulver­metal­lur­gische Kompe­tenz, mit der es gelungen ist, das für das FFF not­wen­dige Fila­ment aus hart­metal­lischen Pulvern mit orga­nischen Bindern her­zu­stellen. Je nach Werk­stoff­gefüge lassen sich über redu­zierte Korn­größe und Binder­gehalt die Härte, Druck- und Biege­festig­keit von Hart­metallen gezielt steigern. Johannes Pötschke leitet am Fraun­hofer-IKTS die Gruppe Hart­metalle und Cermets und erklärt: „Die Fila­mente können als Halb­zeug in Standard­druckern ein­ge­setzt werden und ermög­lichen es erst­mals, Hart­metalle mit einem sehr geringen Binder­gehalt von ledig­lich acht Prozent und mit fein­sten Korn­größen unter 0,8 Mikro­meter zu extrem harten Bau­teilen mit 1700 HV10 zu ver­drucken.“ Das Fraun­hofer-IKTS unter­stützt Her­steller und An­wender von Hart­metall­werk­zeugen bei der Aus­wahl geeig­neter Werk­stoffe sowie bei der produkt­spezi­fischen Weiter­ent­wick­lung der ver­schie­denen 3D-Druck­ver­fahren.

Fh.-IKTS / RK

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