dihw MAGAZIN 3/2021

Werkzeuge
B. Azarhoushang, H. Kitzig-Frank, Q. Ai
Potenzial der additiven Fertigung
kunstharzgebundener Schleifscheiben
Kunstharzgebundene abrasive Zerspanungswerkzeuge werden aufgrund ihrer vorteilhaften
Eigenschaften, wie z. B. geringer Prozesskräfte und vorteilhaftem Selbstschärf-
Verhalten und den dadurch möglichen hohen Materialabtragsraten häufig in der Industrie
eingesetzt. Nach dem aktuellen Stand der Technik werden diese in Pressformen und
mitunter stundenlanger Aushärtung bei hohem Druck und hohen Temperaturen von
ca. 200° C hergestellt. Das geforderte geometrische Profil wird durch die Bereitstellung
der entsprechenden Pressformen erzeugt oder alternativ in einem zusätzlichen Schritt
durch mechanische Bearbeitung mit verschiedenen Abrichtwerkzeugen eingebracht. Zur
Verbesserung der Schleifleistung können unterschiedliche Strukturen durch mechanische
Bearbeitung oder Laserabtrag und Erodieren auf dem Schleifwerkzeug erzeugt werden.
Neben dem hohen Kosten- und Zeitaufwand gibt es bei subtraktiven Bearbeitungsverfahren
für die zu erzeugenden Profile und Strukturen auch technische Limitierungen.
So können zum Beispiel komplexe Geometrien wie konkave Formen oder Strukturen mit
großem Aspektverhältnis nicht mechanisch hergestellt werden.
Die additive Verfahrenstechnologie
wurde in den letzten Jahren
auf vielen Gebieten weiterentwickelt,
so auch in der Herstellung
von Schleifscheiben. In allen bisherigen
Untersuchungen wurden
jedoch entweder Formwerk-
Prof. Dr.-Ing.
Bahman Azarhoushang
Institutsleiter am
Kompetenzzentrum für
Spanende Fertigung,
Hochschule Furtwangen
Dr.-Ing. Heike Kitzig-Frank
Stellvertretende Institutsleiterin
am Kompetenzzentrum
für Spanende Fertigung,
Hochschule Furtwangen
Dr.-Ing. Qingfeng Ai
Akademische Mitarbeiterin
am Kompetenzzentrum
für Spanende Fertigung,
Hochschule Furtwangen
zeuge verwendet, in das UV-
Harz schichtweise injiziert und
ausgehärtet wurde oder es wurden
per Handapplikation dünne
Harzschichten manuell aufgetragen
und ausgehärtet, sodass der
Vorteil der additiven Fertigung
nicht vollständig ausgenutzt
wurde [1 – 3] .
Am KSF wurde die additive
Herstellung kunstharzgebundener
Schleifwerkzeuge auf Basis
des Digital Light Processing
(DLP)-Verfahrens untersucht.
Über dieses Verfahren lassen
sich kunstharzgebundene
Schleifwerkzeuge schnell, flexibel
und wirtschaftlich herstellen.
Hierbei lassen sich auch frei
wählbare Geometrien und Strukturen,
wie z. B. integrierte Kühlschmierzufuhr-Kanäle
realisieren,
die mit herkömmlichen Herstellungsverfahren
nicht hergestellt
werden können.
DLP-basierte Herstellung
von Schleifscheiben mit
maximaler Flexibilität
Beim Digital Light Processing
(DLP)-Projektionsverfahren
wird eine Kunstharz-SiC-
Mischung über kurzzeitige Beleuchtung
auf einer Bauplattform
schichtweise ausgehärtet.
Die Bauplattform bewegt
sich während des Druckprozesses
Schicht für Schicht nach
oben aus der Flüssigkeit, sodass
nach und nach ein festes Objekt
der gewünschten Form entsteht.
Zur Abbildung der Geometrie
ist kein Formwerkzeug erforderlich,
sodass sich die unterschiedlichsten
Formteile direkt
aus CAD-Dateien erzeugen lassen
(Bild 1).
Zur additiven Fertigung von
kunstharzgebundenen Schleifwerkzeugen
wurde ein Laborprozess
entwickelt, der in Bild 2
schematisch dargestellt ist. Um
ein homogenes Gemisch aus
Schleifkörnern (Siliziumkarbid
SiC F220, ca. 60 µm, Bild 3) und
Kunstharz (Photopolymer, ultraviolet-curable
resin) zu erzeugen,
müssen die Bestandteile zunächst
homogen gemischt werden.
Um eine Entmischung zu
unterbinden, wird ein Antisedimentationsmittel
zugesetzt, das
das Absinken der Körner verhindert.
Das Gemisch wird in einen
Behälter mit transparenter Unterseite
gefüllt, einzelne Schichten
des CAD-Modells durch
Projizieren jeweils einer dünnen
Schicht der Suspension aus-
28 dihw 13 · 3 2021