TRENDAdditive Fertigung Highend-Werkzeuglösungen Dass die Werkzeugexperten mit der additiven Fertigung auch sehr anspruchsvolle Bearbeitungssituationen meistern können, haben sie unlängst bei einem Projekt mit dem GreenTeam der Universität Stuttgart bewiesen. Das GreenTeam ist ein Rennteam in der Formula Student Electric. Das Besondere daran ist, dass für jede Rennsaison ein komplett neuer Rennwagen konstruiert werden muss. Hierfür können die Studenten bei schwierigen Bauteilen auf das Wissen verschiedener Unternehmen (Sponsoren) zurückgreifen. Sowohl Renishaw als auch Ceratizit unterstützen das GreenTeam auf diese Weise schon seit Jahren. Als Top-Team der Formula Student Electric setzen die Studenten dabei oft auf innovative Lösungen. So auch im Antriebsstrang. Hier wurden die Radnabenmotoren direkt in den Achsträgern integriert. „Die gesamte Konstruktion war schließlich so komplex, dass nur eine Fertigung mittels 3D-Druck infrage kam“, beschreibt Lars Markus die Situation. „Schließlich konnten wir es aber bei uns in Pliezhausen erfolgreich im 3D-Druck herstellen.“ Die Bearbeitung des gedruckten Gehäuses stellte sich anschließend als ebenso anspruchsvoll heraus. Denn das topologieoptimierte Bauteil weist sehr filigrane Strukturen auf. „Mit dem 3D-Druck konnten wir aber auch dafür eine Lösung finden“, freut sich Patrick Schreiber. „Wir haben aus Werkzeugstahl ein Aufsatz- Werkzeug für eine mechatronische U-Achse 3D-gedruckt.“ Für die Auslegung des Werkzeugs haben die Experten im Project Engineering mit einer Finite- Elemente-Analyse das optimale Werkzeugdesign bestimmt. Das daraus entstandene Werkzeug, welches die Innen- wie auch die Außenbearbeitung in einem Arbeitsgang erledigt, ist so weit weg von einer Standardlösung, dass auch hier eine konventionelle Fertigung gar nicht mehr infrage gekommen wäre. Die Bearbeitungsergebnisse haben die theoretische Auslegung gleich beim ersten Anlauf perfekt wiedergegeben. „An diesem Beispiel wird deutlich, was wir mit unseren Engineeringleistungen alles umsetzen können“, betont Schreiber. „Der Mehraufwand in der Konstruktion wird mit der Leistungsfähigkeit unserer Sonderwerkzeuge mehr als aufgefangen. Denn diese liefern oftmals beim ersten Versuch schon ein optimales Bearbeitungsergebnis.“ laubt so mehr Freiheiten bei der Schmelzstrategie“, erklärt Lars Markus, Leiter Anwendungstechnik und Service Additive Manufacturing bei Renishaw. Weiterhin verfügt die Anlage über ein integriertes Pulverhandling. „Das überschüssige Pulver wird mit einem Ultraschallsieb gereinigt und steht danach im Hauptbehälter wieder zur Verfügung“, sagt Markus. Ebenfalls zum Renishaw-Angebot gehört die Software QuantAM, ein spezielles Softwaretool zur Dateivorbereitung für alle Renishaw-Additive-Manufacturing-Systeme. Die Software verarbeitet CAD-Daten diverser Formate und ermöglicht es dem Anwender, sein Modell für den AM-Prozess vorzubereiten. QuantAM kann auch als unterstützendes Tool für den Prozess des Design for Additive Manufacturing (DfAM) genutzt werden. Durch die räumliche Nähe waren auch der Service und die Unterstützung immer optimal. „Wir haben für unsere Anlagen feste Service-Intervalle hinterlegt“, sagt Markus. „Unsere Anlagen werden so zum einen regelmäßig kalibriert und zum anderen können wir die Anlagen auch vorausschauend warten. Damit bleiben die Produktivität und die Qualität immer auf einem konstant hohen Level.“ 3D-gedruckte Aufbohrwerkzeuge Eines der ersten marktreifen Projekte bei Ceratizit war ein PKD-Einschraubfräser, dessen additiv generierter Grundkörper mit PKD-Schneiden bestückt und auf einen Werkzeughalter aufgeschraubt wird. Das additive Verfahren ermöglichte es wie gewünscht, durch eine veränderte Anordnung der Schneiden und wesentlich größere Achswinkel deutlich mehr PKD-Schneiden auf dem Werkzeug unterzubringen. Bei einem 32-mm-Einschraubkopf beispielsweise wurde die Zahl der Nuten und Schneiden von sechs auf zehn gesteigert. Entsprechend ermöglicht das Werkzeug einen in diesem Verhältnis erhöhten Vorschub. Neben derartigen Highend-Werkzeug-Lösungen setzen die Werkzeugexperten die additive Fertigung allerdings auch für unscheinbareren Lösungen ein. So kommt der 3D-Druck neuerdings auch bei Aufbohrwerkzeugen mit PKD-Schneiden zum Einsatz. „Konventionell fräsen wir die Taschen für die PKD-Schneiden in einen Stahl-Grundkörper ein“, erklärt Staiger. „Das PKD-Blank wird dann dort eingelötet und später mit ei- Das gedruckte Werkzeug erledigt die Innen- und die Außenbearbeitung in einem Arbeitsgang. Bild: Ceratizit 24 Oktober 2021
Die Kassetten mit den PKD-Schneiden werden mit einer Schraube an dem Grundkörper fixiert. Bild: Ceratizit Mithilfe des 3D-Drucks werden die Kassetten für die PKD-Schneiden bei einigen Ceratizit-Aufbohrwerkzeugen gedruckt. Bild: Ceratizit nem Laser präzisionsbearbeitet.“ Beim Wiederaufbereiten der Werkzeuge haben sich daraus aber Schwierigkeiten ergeben. Denn die eingelöteten PKD-Schneiden mussten thermisch wieder entfernt werden und aufgrund des Wärmeeintrags in den Grundkörper wird die Lebensdauer der Werkzeuge dabei jedes Mal reduziert. Mithilfe des 3D-Drucks werden nun Kassetten für die PKD-Schneiden gedruckt, die mit einer Schraube an dem Grundkörper fixiert werden können. Die Werkzeuge können mit dieser Lösung nun viel einfacher und schneller wiederaufbereitet werden und der Grundkörper bleibt dabei völlig unbeeinflusst. Die 3D-gedruckte Lösung bietet zudem die Möglichkeit, die Kühlmittelversorgung optimal zu positionieren, sodass die Späne nun auch effizient aus der Bohrung gespült werden können. „Wir können rund 200 Kassetten in einem Baujob drucken“, erklärt Markus. „Dadurch ist der 3D-Druck in diesem Fall auch kein wesentlicher Kostenfaktor.“ Manchmal fehle es bislang aber noch an dem Innovationsgeist, um sich auch auf die Highend-Lösungen einzulassen: „In der Zerspanung dominiert oftmals noch das konventionelle Vorgehen. Dem additiven Denken wird leider noch zu wenig Aufmerksamkeit geschenkt“, fasst Andy Staiger seine Erfahrungen zusammen. ■ Ceratizit Deutschland GmbH www.ceratizit.com Renishaw GmbH www.renishaw.de Innovationsgeist ist gefordert „Aus unserer Sicht zeigen die zwei Beispiele, wohin die Reise gehen könnte“, resümiert Staiger. „Zum einen können wir Highend-Lösungen anbieten, mit denen wir die physikalischen Grenzen der Zerspanung verschieben können. Zum anderen sind es die kleinen Lösungen, mit denen wir die Produktivität unserer Werkzeuge mit cleveren Ideen verbessern können.“ RenAM 500Q ist Renishaws Multilaser-AM-System. Es verfügt über vier 500 W Hochleistungslaser, die alle gleichzeitig Zugang zur gesamten Pulverbettoberfläche haben. Bild: Renishaw Oktober 2021 25
