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LaEPPFo – additive Fertigung für den WerkzeugbauOptimierte Werkzeuge für die Zukunft der Partikelschaumverarbeitung

In der Partikelschaumverarbeitung hat es bisher – gerade bei traditionellen Partikelschaum-Werkzeugen – aufgrund spanender Fertigungsverfahren große Einschränkungen hinsichtlich der Designfreiheit gegeben. Hier setzt das Forschungsprojekt LaEPPFo an.

Die Anforderung

Ziel ist die Entwicklung eines leichteren, schnelleren und effizienteren Werkzeugkonzepts für die Partikelschaumverarbeitung, um Zykluszeiten zu verkürzen und signifikante Energieeinsparungen zu erzielen. Eine wichtige Rolle dabei spielt die Möglichkeit durch mehr Designfreiheit völlig neue Geometrien zu fertigen.

Die Lösung

Durch die additive Fertigung von Metallen sollten bei diesem Forschungsprojekt komplett neue Werkzeugkonzepte entstehen. Unter Einhaltung von wissenschaftlichen und technologischen Anforderungen ist es gelungen, einen 3D-gedruckten Formeinsatz zu bauen. Durch die Herstellung des Partikelschaum-Werkzeugs im Laserschmelzverfahren anstatt in spanenden Fertigungsverfahren können komplett neue Geometrien erzielt werden. So können die Werkzeugeinsätze hinsichtlich ihrer Festigkeit simulativ ausgelegt und optimiert werden – die Masse wird damit erheblich reduziert. Das minimiert auch die thermische Kapazität deutlich. Die so besonders dünn ausgeführte Kavität, mit ca. 1 mm Wandstärke, erlaubt somit kürzere Zykluszeiten bei geringerem Energieverbrauch, welcher hauptsächlich durch Erwärmung und Abkühlung des Werkzeuges bestimmt ist. Auch die Düsenelemente zur Bedampfung können simulativ ausgelegt und frei platziert werden. So werden die hergestellten Artikel besser gleichmäßig bedampft. Im Endeffekt entfallen diverse Arbeitsschritte, da die Fertigungstoleranzen der additiven Fertigung für die Anwendung ausreichend sind – auch die Nacharbeit entfällt komplett. Die Fertigungskosten bleiben auch bei zunehmender Komplexität konstant und die Verschleißfestigkeit der Einsätze wird durch den Einsatz von Edelstahl anstatt Alu enorm gesteigert. Glanzstellen während der Bauteilfertigung werden verhindert und eine Beschädigung durch eine mechanische Reinigung wird vermieden.

Der Erfolg

Das neuentwickelte Werkzeugkonzept folgt in der Umsetzung dem Sandwichprinzip von innen nach außen: formgebende Kavitätenwand, Gitterstruktur, stützende Außenwand. Das Konzept bietet völlig neue Ansätze für die Partikelschaumverarbeitung und folgende Vorteile für die gesamte Prozesskette:

  • Werkzeugeinsätze und komplette Werkzeuge können ohne spanende Nachbearbeitung direkt aus dem CAD-Modell erstellt werden.
  • Neue Gestaltungsmöglichkeiten für Partikelschaum-Bauteile, weil sich filigrane Bauteile ohne fertigungsbedingte Mehrkosten herstellen lassen.
  • Oberflächenstrukturen und Düsenelemente können ins CAD-Modell integriert werden, was die Effizienz des Werkzeugbaus.
  • Energieverbrauch und Zykluszeiten werden deutlich reduziert, da die Dampfkammern wegfallen und die geringere Werkzeugmasse eine höhere Dynamik in der Fertigung ermöglicht.

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