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Laserschmelzen Metall-3D-Druck für Mini-Werkzeughalter in der Zerspanung

| Redakteur: M.A. Bernhard Richter

Viele Branchen rufen nach immer kleineren Bearbeitungssystemen. In der Zerspanungswelt werden immer kleinere Werkzeuge gebraucht. Mapal geht das Problem auf intelligente Art und Weise an.

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Spannfutter mit dezentralen Kühlmittelaustritten, die den Kühlschmierstoff gezielt an die Wirkstelle befördern. Derart komplexe Formen sind nur durch den Einsatz der Additiven Fertigung möglich. Mapal nutzt mittlerweile sechs 3D-Drucker für das metallpulverbasierte Laserschmelzen.
Spannfutter mit dezentralen Kühlmittelaustritten, die den Kühlschmierstoff gezielt an die Wirkstelle befördern. Derart komplexe Formen sind nur durch den Einsatz der Additiven Fertigung möglich. Mapal nutzt mittlerweile sechs 3D-Drucker für das metallpulverbasierte Laserschmelzen.
(Bild: Mapal)

Sei es in der Elektrotechnik, der Medizintechnik, im Luft- und Raumfahrtbereich, der Uhrenindustrie oder in der Robotik und im Maschinenbau – viele Produkte werden immer kleiner, dabei aber smarter, bedienerfreundlicher und leistungsstärker gestaltet. Das Thema Platz ist damit entscheidend. Denn nicht nur am Handgelenk, in der Hosentasche, an Bord eines Flugzeugs oder im menschlichen Körper ist der Platz begrenzt, sondern auch in den Produktionshallen der Unternehmen. 3D-Druck kann Abhilfe bei Problemen mit der Miniaturisierung schaffen.

Aus diesem Anspruch heraus entsteht die Forderung nach Produktivität auf engstem Raum, der den Kreislauf der Miniaturisierung auf die gesamte Wertschöpfungsebene überträgt. Die Maschinen- und Werkzeugtechnologie in diesem Kleinstsektor erfordert, dass auch im Bereich der Spanntechnik immer mehr Funktionen auf kleinstem Raum erfüllt werden müssen.

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Kühlschmierführung aus dem 3D-Drucker

Die Rundlaufgenauigkeit der Spannfutter für Spanungsdicken, die im Bereich von wenigen Tausendstel Millimetern liegen, muss nahezu bei null liegen. Denn nur so können gute Oberflächen bei höchsten Drehzahlen und langer Standzeit der Werkzeuge erreicht werden. Zudem muss prozesssicher dafür gesorgt werden, dass jegliche Verschmutzung durch Mikropartikel ausgeschlossen ist. Ein weiteres Thema bei der Zerspanung im Kleinstsektor ist die Versorgung mit Kühlschmierstoff. Zu viel Medium bedeutet aufwendiges nachgelagertes Bauteilreinigen, zu wenig oder keine Kühlung wiederum führen zu Qualitäts- und Produktivitätseinbußen.

Mittels Additiver Fertigung kann die Hydrodehnspanntechnik auch für Futter mit HSK-E25-Aufnahme und schlanker Kontur eingesetzt werden. Im Vergleich rechts davon ein Hydrodehnspannfutter mit HSK-A63-Aufnahme.
Mittels Additiver Fertigung kann die Hydrodehnspanntechnik auch für Futter mit HSK-E25-Aufnahme und schlanker Kontur eingesetzt werden. Im Vergleich rechts davon ein Hydrodehnspannfutter mit HSK-A63-Aufnahme.
(Bild: Mapal)

Einfache Handhabung trotz geringer Größe

Wenn dann auch noch das Handling einfach gestaltet sein muss, stoße die konventionelle Fertigung an ihre Grenzen. „Je kleiner Werkzeug und Spannfutter sind, desto einfacher muss die Handhabung sein. Denn mit jeder Verkleinerung wird der Umgang mit externen Peripheriegeräten umständlicher und schwieriger“, erklärt Jochen Schmidt, Produktmanager Spanntechnik bei Mapal. Mit der Schrumpf- oder der Spannzangentechnik dauert es länger, bis die Werkzeuge einsatzbereit sind. Auch summieren sich bei mehrteiligen Aufbauten die einzelnen Abweichungen der Komponenten zu einer nicht unerheblichen Fehlerkette.

Aufnahme für 3-mm-Werkzeuge mit selektivem Laserschmelzen entwickelt

„Wir nutzen die Additive Fertigung durch selektives Laserschmelzen“, sagt Schmidt. Und zwar immer dann, wenn additiv gefertigte Produkte einen klaren Mehrwert bieten können. Mit diesem Herstellungsverfahrens hat Mapal Spannfutter im Miniaturformat mit HSK-E25-Aufnahme gefertigt, beispielsweise für die Direktspannung von Werkzeugen mit einem Durchmesser von 3 mm.

Für eine möglichst gute Rundlaufgenauigkeit wurden Spannkammersysteme in die Spannfutter integriert, die sich an den Schaft des Werkzeuges anlegen. Damit Mikroschmutz verdrängt wird, sind sie mit Schmutzrillen ausgestattet. Die geforderte Wuchtgüte wird mithilfe innenliegender Wuchtgeometrien samt Stützstrukturen, die auch für eine Optimierungen hinsichtlich Gewicht und Festigkeit sorgen, sichergestellt. „Insgesamt erreichen wir mit unseren Futtern im Kleinformat ein homogeneres und spindelschonenderes Beschleunigen und Abbremsen des Werkzeugsystems aus Spannfutter und Werkzeug“, sagt Jochen Schmidt.

Kühlschmierstoff trifft gezielt die Wirkstelle

Nur mit der Additiven Fertigung ist es Mapal gelungen, die Spannfutter für den Kleinstsektor mit dezentralen Kühlmittelaustritten auszustatten. Über Parameter wie Kühlmitteldruck, Einstellmaß und Drehzahl sind diese Austritte so ausgelegt, dass sie den Kühlschmierstoff gezielt an die Wirkstelle befördern. Im besten Fall wird eine dosierte Verlustschmierung, die eine anschließende Reinigung der Bauteile überflüssig macht, erreicht.

„Zur Implementierung unserer Futter sind weder Schulungen noch hohe Rüstkosten oder teure Peripheriegeräte vonnöten“, verspricht Schmidt. Denn: Die Hydrodehnspannfutter werden über eine einfache Schraube betätigt.

Hydrodehn-Außenspanntechnik für Hüftgelenke

Auch für die Werkstückspannung bieten sich wegen der MIni-Hydrodehnspannfutter neue Möglichkeiten. Beispielsweise bei der Spannung von Hüftgelenkkugeln. „Hier nutzen wird die Hydrodehn-Außenspanntechnik. Durch speziell geformte Spannkammern im Inneren des Futters sowie eine besondere Außengeometrie werden die Kugeln sehr präzise und gleichzeitig schonend gespannt“, erläutert Schmidt. Gerade in der Medizintechnik nehmen Themen wie die reproduzierbare Präzision einen hohen Stellenwert ein.

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