3D-gedruckte Werkzeugträger aus Metall und Kunststoff getestet

FDM-Druck 3D-gedruckte Werkzeugträger aus Metall und Kunststoff getestet

15.04.2021Redakteur: Dipl.-Ing. Dorothee Quitter

Für die Endenbearbeitung zylindrischer Metallbauteile aus Aluminium und Edelstahl hat die Gühring KG ein Experiment gewagt: Sie stellte die Träger der Sonderwerkzeuge additiv sowohl aus Werkzeugstahl als auch aus FVK auf 3D-Druckern von Markforged her und testete sie.

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Die Gühring KG will ihre GE100 Finisher-Serie mit additiv gefertigten Werkzeugen ergänzen. Die Versuche wurden gemeinsam mit 3D-Drucker- und Materialien-Hersteller Markforged und seinem europäischen Partner Mark 3D durchgeführt.
(Bild: Gühring)

In der CNC-Bearbeitung werden für diverse Metallteile individuelle Werkzeuge benötigt. Bereits die Herstellung eines solchen Sonderwerkzeuges hat laut Gühring Vorlaufzeiten von mindestens sechs Wochen. Deshalb sollen die Endenbearbeitungswerkzeuge der Serie GE100 mit additiv gefertigten Werkzeugen ergänzt werden. Dabei wird der Werkzeugträger im 3D-Druck hergestellt und anschließend mit entsprechenden Schneidplatten versehen, so dass das zu bearbeitende Werkstück mit mehreren Konturen in einem Zug zerspant werden kann.

3D-gedrucktes Werkzeug aus Metall

Auf dem 3D-Drucker Metal X von Markforged hergestellter Werkzeugträger aus Werkzeugstahl mit angeschraubter Schneidplatte.
(Bild: Gühring)

Der Metall-Werkzeugträger wurde aus Werkzeugstahl auf dem Metal-X-Drucker von Markforged gefertigt. Dieser verwendet die Technologie ADAM (Atomic Diffusion Additive Manufacturing), die auf der Fused Deposition Modeling (FDM)-Technologie basiert. Das Metallpulver ist in einem Polymer enthalten und wird als Filament verdruckt. Auf den Druck folgt der Sinterprozess.

Vom Start des Drucks bis hin zum fertigen Bauteil konnte die Fertigung auf nur drei Tage verkürzt werden. Der Schaft und der Plattensitz können wie gewohnt durch Nachbearbeitung geschlichtet werden, um die geforderte Präzision einzuhalten. Da das Werkzeug im Inneren eine Wabenstruktur besitzt, ist es wesentlich leichter als ein zerspantes Werkzeug. Getestet wurde das 3D-gedruckte Werkzeug an Aluminium- und Edelstahlbauteilen. Es hat beiden Herausforderungen problemlos standgehalten:

3D-gedrucktes Werkzeug aus Kunststoff

Auf einem Markforged-X7-Drucker hergestellter Werkzeugträger mit montierten Schneidplatten. Für den Werkzeugträger kamen Filamente aus PA6 mit Carbon-Kurzfasern und einer Carbon-Endlosfaser zum Einsatz .
(Bild: Gühring)

Eine weitere Reduzierung der Vorlaufzeit konnte mit 3D-gedruckten Kunststoffwerkzeugen erzielt werden. Für diesen Versuch druckte Gühring den Werkzeugträger mit dem Markforged-X7-Drucker aus dem Basismaterial Onyx (PA6 mit Carbon- Kurzfaseranteil) und verstärkte das Bauteil zusätzlich mit einer Carbon-Endlosfaser. Auch dieser Drucker arbeitet nach dem FDM-Prinzip der Extrusion.

Das Werkzeug war innerhalb weniger Stunden gedruckt und direkt danach einsatzbereit. Auch hier erfolgte der Test des 3D-gedruckten Werkzeuges an Aluminium- und Edelstahlbauteilen. Es hielt den Anforderungen an die Zerspanung eines Aluminiumrohres problemlos stand. Bei der Bearbeitung des Edelstahlrohres sind aufgrund des deutlich höheren Kraftaufwandes die Wendeschneidplatten ins Glühen gekommen. Der Kunststoffträger selbst hielt stand.

Die additive Fertigung kann für uns eine enorme Zeit und Kostenreduzierung bedeuten. Sicher ist das (noch) nichts für die Serie aber mal sehen was die Zukunft bringt.

Anja Krehn, Werkleitung Markt Erlbach, Gühring KG

Die Versuche haben gezeigt, dass die additive Fertigung hochfeste Bauteile fertigen kann und die konventionelle Fertigung perfekt ergänzt.

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