HM-Tools – Entwicklung eines Verfahrens zur Hartmetallverarbeitung mittels pulverbettbasierten 3-D-Drucks für komplexe Hartmetallwerkzeuge

Das Forschungsprojekt HM-Tools setzt sich die Entwicklung einer Prozesskette zur additiven Fertigung von Hartmetallwerkzeugen mittels pulverbettbasierten 3-D-Drucks zum Ziel.

Motivation

Hartmetallwerkzeuge finden vor allem in der spanenden Bearbeitung, wie beispielsweise beim Drehen, Fräsen oder Bohren, Verwendung. Während des Zerspanungsprozesses können hohe Temperaturen auftreten, welche die Schneidfähigkeit des Werkstoffs herabsetzen, sowie den Verschleiß steigern und somit eine Kühlschmierung benötigen. Um eine externe Zufuhr des Kühlschmierstoffs zu vermeiden, sind im Werkzeug integrierte Kühlschmiermittelzuführungen erforderlich. Aufgrund der sehr hohen Härte und des Sprödbruchverhaltens von Hartmetallen kommen nur wenige Technologien zur Verarbeitung in Frage. Komplexe Geometrien, wie Kühlkanäle, lassen sich bislang – wenn überhaupt – nur mit sehr hohem Aufwand herstellen. Abhilfe kann die additive Fertigung schaffen. Diese bietet die Möglichkeit, komplexe Werkzeuggeometrien, wie z.B. innenliegende Strukturen, zu erschaffen. Außerdem verkürzt und reduziert die endkontournahe Fertigung aufwendige Zerspanungsprozesse. Bei der Nachbearbeitung muss weniger Material abgetragen werden, was eine ressourceneffiziente Fertigung gewährleistet.

Zielsetzung

3D-Druck (Binder-Jetting) zeigt aufgrund niedriger Herstellungskosten und hoher Aufbauraten Vorteile gegenüber laserbasierten Verfahren. In diesem Forschungsprojekt sollen die Entwicklung einer Prozesskette und die Qualifizierung eines neuen Materialsystems für die wirtschaftliche Herstellung von Hartmetallwerkzeugen erfolgen. Außerdem sollen Einsatzmöglichkeiten für die hergestellten komplexen Bauteile erprobt und erreichbare Werkstoffeigenschaften, wie beispielsweise Bruchfestigkeit untersucht werden.

Vorgehen

Anfänglich steht das Materialsystem im Vordergrund. Besonders die Herstellung von ungesinterten Rohlingen mit hoher Gründichte stellt eine Herausforderung dar. Die Porenbildung bei der additiven Fertigung beeinträchtigt die Qualität von Bauteilen. Um die Bauteilporosität zu verringern und somit die Werkstoffeigenschaften zu verbessern, folgt in der Regel ein Verdichtungsprozess. Infolgedessen ist es wichtig, auch die nachfolgenden Prozesse, wie beispielsweise das heißisostatische Pressen, zu untersuchen und zu erproben. Außerdem soll ein Sicherheitskonzept für die industrielle Herstellung von Hartmetallwerkzeugen erstellt werden und eine Übertragung der Laborparameter auf industrielle Anlagen erfolgen. So können neue Bauteilgeometrien mit erhöhter Formgebungsfreiheit industriell gefertigt und bestehende Prozessketten verkürzt werden.

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