additive 1.2019
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mav Innovationsforum 2019<br />
▶<br />
ANFORDERUNGEN AN ZERSPANUNGSWERKZEUGE BEI ADDITIV HERGESTELLTEN WERKSTÜCKEN<br />
Präzisionswerkzeuge für neue<br />
Herausforderungen<br />
Für die besonderen Herausforderungen der subtraktiven Bearbeitung<br />
additiv hergestellter Werkstücke im Pulverbett hat Franken ein<br />
Standard-Fräserprogramm entwickelt. Damit können im Bereich<br />
von Außen- und Innenkonturen hochgenaue Maßtoleranzen und<br />
Oberflächengüten erzielt werden.<br />
bereich als auch in der Beschichtung<br />
den speziellen Anforderungen<br />
anzupassen.<br />
Subtraktive Bearbeitung<br />
der Oberfläche<br />
Der Autor<br />
Bild 1: Formeinsatz<br />
aus Stahl,<br />
hergestellt auf<br />
einer Lumex-Anlage<br />
von Matsuura<br />
im hybrid<strong>additive</strong>n<br />
Verfahren.<br />
Jens Löscher,<br />
Verkaufsleiter<br />
und Leiter<br />
Anwendungstechnik,<br />
Franken GmbH &<br />
Co. KG.<br />
Spezielle Materialeigenschaften an<br />
additiv hergestellten Werkstücken<br />
erfordern konkrete Umsetzungsund<br />
Anpassungsmaßnahmen an<br />
den Zerspanungswerkzeugen.<br />
Während bei <strong>additive</strong>n Fertigungsverfahren<br />
(hier: selektives Laserschmelzen)<br />
ein Gegenstand durch<br />
Hinzufügen, Auftragen und Ablagern<br />
von Material mittels eines digitalen<br />
Models erzeugt wird, erfolgt<br />
bei subtraktiven Verfahren<br />
ein Abtrag des Materials mittels<br />
zerspanender Verfahren wie z. B.<br />
Drehen, Bohren, Fräsen oder thermischer<br />
Verfahren wie z. B.<br />
Funken erodieren. Durch die Vielzahl<br />
an Einflussgrößen in der <strong>additive</strong>n<br />
Fertigung wie beispielsweise<br />
Pulverbeschaffenheit, 3D-Programm<br />
oder das Laserverfahren<br />
und daraus resultierender Bauteileigenschaften<br />
ergeben sich neue<br />
Herausforderungen für Zerspanungswerkzeuge.<br />
Im Folgenden wird auf den Werkzeugeinsatz<br />
in der hybriden-<strong>additive</strong>n<br />
Fertigung näher eingegangen,<br />
Bild: Emuge-Franken<br />
bei der die Zerspanungsprozesse<br />
im <strong>additive</strong>n Bauteilaufbau integriert<br />
sind (Bild 1). Das hybride<br />
Bearbeitungszentrum setzt sich aus<br />
einer Anlage zum selektiven Laserschmelzen<br />
und einer 3-Achs-Bearbeitungseinheit<br />
für HSC-Fräsanwendungen<br />
zusammen. Die Fräsbearbeitung<br />
findet während des<br />
<strong>additive</strong>n Prozesses mit einer zyklischen<br />
Unterbrechung statt, beispielsweise<br />
nach 5 oder 10 aufgetragenen<br />
Schichten (Bild 2). Da in<br />
der Maschinenkammer eine erhöhte<br />
Temperatur und eine<br />
Schutzgasatmosphäre vorherrschen,<br />
erfolgt der Einsatz der Fräswerkzeuge<br />
durch Trockenbearbeitung<br />
im Pulverbett.<br />
Um hier eine hohe Prozesssicherheit<br />
gewährleisten zu können,<br />
müssen die Fräswerkzeuge in Geometrie<br />
und Beschichtung modifiziert<br />
werden. So sind die oft zur<br />
Anwendung kommenden Kugelfräswerkzeuge<br />
oder Schaftradius-<br />
Fräswerkzeuge sowohl in der<br />
Halsausführung, dem Schneiden-<br />
Die subtraktive Bearbeitung durch<br />
einen Kugelfräser kann in Vorund<br />
Endbearbeitung aufgeteilt<br />
werden, um an Konturen geforderte<br />
Oberflächenqualitäten mit einer<br />
Rautiefe (R Z<br />
) ≤ 10 μm und Toleranzen<br />
≤ 25 μm zu erzielen. Dabei<br />
weist die selektiv lasergeschmolzene<br />
Oberfläche im arithmetischen<br />
Mittel eine Rautiefe (R Z<br />
) von<br />
50 μm auf. Mit seiner speziellen<br />
Halsgeometrie und einem umlaufenden<br />
„ziehenden“ Schnitt (bei<br />
der Schlichtoperation in Bearbeitungsrichtung<br />
von Z- nach Z+) ermöglicht<br />
der Kugelfräser in thermisch<br />
nicht mehr belasteten<br />
Schichten die Fertigbearbeitung<br />
(Bild 3). Im Gegensatz dazu wird<br />
die Vorbearbeitung mit einem umlaufenden<br />
„drückenden“ Schnitt<br />
(bei der Vorschlichtoperation in<br />
Bearbeitungsrichtung von Z+ nach<br />
Z-) durchgeführt.<br />
Die Konstruktionsfreiheitsgrade<br />
am Bauteil werden durch den Einsatz<br />
von T-Nuten-Fräswerkzeugen<br />
mit neuem Design in der hybriden<strong>additive</strong>n<br />
Fertigung erweitert. Diese<br />
Werkzeuge ermöglichen die Bearbeitung<br />
von größeren Hinterschnitten,<br />
die bei einem nichthybriden<br />
<strong>additive</strong>n Verfahren im<br />
Nachhinein nicht mehr bearbeitet<br />
werden könnten. Eine Besonderheit<br />
des Schaftradius-Fertigfräsers<br />
64 <strong>additive</strong> März 2019
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