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EFB-Forschungsbericht Nr. 189

Optimierung der Fertigung von Umformwerkzeugen durch Rapid Moulding

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Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Hartnut Hoffmann, Dipl.-Ing. Timo Hanß, Lehrstuhl für Umformtechnik und Gießereiwesen Technische Universität München

77 Seiten (sw 43, teils farbige Abb., 7 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-089-8

Preis (Digital) EUR 40,00

Preis (Print) EUR 44,90

Zusammenfassung

Es wurde eine Prozesskette entwickelt und optimiert, mit der es möglich ist, komplexe Umformwerkzeuge mit Hilfe des Rapid Prototyping Verfahrens Selektives Lasersintern herzustellen. Dafür wurde ein Versuchswerkzeug konstruiert, mit dem die erarbeiteten Prozessfolgen verifiziert wurden. Durch endkonturnahes Abgießen der Werkzeugteile in die gesinterten Sandformen konnte die NC Bearbeitung für ein Werkzeugteil aus GGG50 auf eine Schlichtoperation reduziert werden. Dadurch verringert sich das anfallende Spanvolumen und die NC Maschinenzeit.

Mit Einsatz eines feinkörnigeren Formsandes und durch Schlichten der Formhälften wurde ein Stempel aus ZAMAK gefertigt, der aufgrund der verbesserten Oberfläche und Maßhaltigkeit nicht mehr NC bearbeitet werden musste.

Mit den gefertigten Werkzeugteilen wurden Tiefziehversuche durchgeführt und qualitativ bewertet. Dabei wurde die GGG50 Matrize mit dem GGG50 Stempel sowie mit dem ZAMAK Stempel kombiniert. Beide Werkzeugkombinationen lieferten ohne Einarbeit Gutteile in Prototypen- oder Strukturteilqualität.

Die erarbeitete Prozesskette wurde anhand einer Kostenrechnung dem konventionellen Herstellungsverfahren gegenübergestellt. Hier zeigte sich, dass die Fertigung von Umformwerkzeugen durch Rapid Moulding zum derzeitigen Stand der Technik unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten keine Alternatives zur Konventionellen Fertigung darstellt.

Das Forschungsvorhaben „Optimierung der Fertigung von Umformwerkzeugen durch Rapid Moulding“ wurde unter der Fördernummer AiF 12411N von der EFB e.V finanziert und betreut und über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AIF e.V) mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWI) gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 189 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle erhältlich.

Inhalt

1 Einleitung
2 Stand der Technik
2.1 Strategie zur Herstellung von Umformwerkzeugen
2.2 Rapid Tooling Verfahren für Umformwerkzeuge
2.2.1 Laminate Object Manufacturing (LOM)
2.2.2 Werkzeuge aus Blechlamellen
2.2.3 Direct Metall Lasersintering (DMLS)
2.2.4 Hochgeschwindigkeitsfräsen (HSC)
2.3 Selektives Lasersintern (SLS), Rapid Moulding
2.3.1 Das Prinzip des SLS
2.3.2 Die Datenaufbereitung für das SLS
2.2.3 Der SLS-Bauprozess
2.3 Werkstoffe für (Prototypen-) Umformwerkzeuge
2.4.1 Kunststoffe
2.4.2 Niedrigschmelzende Schwermetalllegierungen
2.4.3 Grauguss
3 Fertigung von Umformwerkzeugen durch Rapid Moulding
3.1 Rapid Moulding Prozesskette
3.2 Einfluss der Prozessparameter beim SLS
3.2.1 Einfluss der Schichtdicke auf die Formoberfläche
3.2.2 Einfluss der Belichtungsparameter auf die Formoberfläche
3.3 Konstruktion der Versuchswerkzeuge
3.4 Gießtechnische Auslegung der Werkzeugdaten
3.4.1 Modellierung des Gießsystems
3.4.2 Simulation des Gießprozesses
3.4.3 Optimierung der Form für das SLS
3.4.4 Modellierung des Bearbeitungsaufmasses
3.5 Einfluss der Prozessparameter beim Gießen
3.5.1 Einfluss des Postprocessing auf die erreichbare Genauigkeit
3.5.1.1 Einfluss bei Quarzsand
3.5.1.2 Einfluss bei Zirkonsand
3.5.2 Einfluss des Formstoffes auf die Oberflächenqualität
3.5.4 Einfluss der Schwindung auf die erreichbare Genauigkeit
3.6 NC Bearbeitung der GGG Werkzeuge
3.7 Tiefziehversuche
4 Wirtschaftliche Betrachtung
4.1 Kostenrechnung
4.2 Bedeutung für kleine und mittelständige Unternehmen (KMU)
5 Zusammenfassung und Ausblick
Literaturverzeichnis
Abbildungsverzeichnis
Tabellenverzeichnis