Additive Tooling: Eine preiswerte und coole Technologie

AutoMold © Thomas Auzinger
AutoMold © Thomas Auzinger
© TU Illmenau
© TU Illmenau

23.11.2020

Volumenreduktion an Bauteilen trägt zur ressourcenschonenden Fertigung und Nutzung bei. Dazu kommt, dass bei der Additiven Fertigung keine Werkzeuge notwendig sind, die Designer mehr Gestaltungsfreiraum haben und die Kosten niedriger sind. Die Vor- und Nachteile der relativ jungen Technologie im Vergleich zur konventionellen Fertigung wurden am 5. November 2020 bei der jährlichen Fachtagung „Additive Tooling“ des Kunststoff-Clusters erörtert. 30 Teilnehmer*innen folgten der Einladung zu der in diesem Jahre erstmals online abgehaltenen Veranstaltung.

Peter Dunzendorfer, Experte für 3D-Druck im Kunststoff-Cluster, verglich das Verfahren Additive Fertigung mit dem des Spritzgießens und zeigte die jeweiligen Vor- und Nachteile auf. Der wesentliche Unterschied: Bei der Additiven Fertigung sind keine Werkzeuge notwendig und somit die Initialkosten gering, beim Spritzgießen sind wesentlich geringere Stückpreise erzielbar. Additive Tooling ist für Dunzendorfer die Symbiose von Additiver Fertigung und Werkzeugbau. Beim Additive Tooling wird nicht der Kunststoff-Bauteil selbst, sondern das Werkzeug dafür bzw. oft nur ein Werkzeug-Einsatz additiv aus Polymeren oder auch Metall gefertigt. Der Vorteil sind die deutlich niedrigen Kosten und die schnellere Realisierung gegenüber der herkömmlichen Herstellung aus Metall mit CNC-Fräsen und Erodiermaschinen.

Symbiose von Additiver Fertigung und Werkzeugbau

Additive gefertigte Einsätze (nicht ganze Werkzeuge) könnten über Nacht gefertigt werden, die Kosten liegen bei rund 500 bis 1.000 Euro. Ein herkömmlich gefertigter Einsatz aus Alu oder Stahl kostet 5.000 Euro aufwärts und die Herstellung dauert länger, selbst bei einem automatisierten CNC-Prozess. Nachteilig ist die kürzere Lebensdauer sowie, speziell bei Polymereinsätzen aufgrund der geringeren Wärmeleitfähigkeit des Kunststoffes, die längere Zykluszeit. Gerade aber durch die Möglichkeit der konturnahen Kühlung bei additiver Fertigung kann dieser Nachteil ausgeglichen werden. Dennoch sind additiv gefertigte Einsätze aufgrund der geringeren Kosten für Klein- und Mittelserien interessant.

Großer Vorteil: Konturnahe Kühlung

Markus Saurer von DMG Mori versuchte in seinem Vortrag den Zuhörer*innen die Angst zu nehmen, sich mit neueren Technologien des Additiven Toolings auseinanderzusetzen. Der Profi animierte sie: „Probieren Sie es einfach einmal aus!“ Vor allem sieht er in der Möglichkeit zur konturnahen Kühlung einen großen Vorteil dieser neuen Technologien.

Auch große Werkzeuge möglich

Erich Neubauer von der RHP-Technology GmbH, ein Unternehmen für innovative Pulvertechnologien und smarte Materialentwicklungen aus Seibersdorf, stellte eine Möglichkeit der Additiven Herstellung von großen Werkzeugformen mit dem Plasma Metal Deposition PMD® Verfahren vor. Dabei präsentierte er u.a. ein Demo-Bauteil, das für den PMD®-Prozess geeignet ist und verwies auf die großen Vorteile: signifikante Kosteneinsparungen beim Rohmaterial, weniger Zerspanungsaufwand sowie kürzere Herstell- und Lieferzeiten.

Neue WAAM-Technologie

Rudolf Gradinger und Martin Schnall von der LKR Leichtmetallkompetenzzentrum Ranshofen GmbH, einem Tochterunternehmen des Austrian Institut of Technologie, präsentierten den Forschungsstand zur WAAM-Technologie (Wire Arc Additive Manufacturing). Das LKR ist Vorreiter in der Forschung und Weiterentwicklung dieser Technologie. In mehreren Versuchen wurden mit diesem Fügeverfahren bereits Strukturschichten, aber auch Hohlräume in den Schichten, hergestellt. Gearbeitet wird aktuell an der Verringerung der Porosität der Deckschicht und an neuen Materialien.

Komplexität noch eingeschränkt

Thomas Mitterlehner vom Institut für Polymer-Spritzgießtechnik und Prozessautomatisierung an der Johannes Kepler Universität präsentierte aktuelle Forschungsergebnisse zu additiv gefertigten Einsätzen. Er berichtete, welche Lebensdauer und welche Oberflächen erreicht werden können und wie der Wärmeverlauf in Polymereinsätzen aussieht. „Grundlegend ist man bei der Komplexität der zu fertigenden Teile noch eingeschränkt und wir können erst sehr einfache Kavitäten fertigen“, sagte der Forscher. Er zeigte jedoch klar auf, dass Kühlkanäle für Polymereinsätze hinsichtlich Zykluszeit durchaus Sinn machen.

Mittels Auftragsschweißen zu Alu-Serien-Werkzeugen

Jörg Hildebrand, Assistenz-Professor an der Technischen Universität Ilmenau, Department of Mechanical Engineering, präsentierte seinen Forschungsschwerpunkt und auch das Projekt „Next Mould“, das vom Kunststoff-Cluster mitinitiiert wurde. Das Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Erarbeitung von Designrichtlinien sowie einer Methodik zur additiven Herstellung von Alu-Hybrid-Spritzgießwerkzeugen mittels Auftragsschweißen mit einer hochverschleißfesten Oberflächenschicht in Serie.

Neuer Algorithmus automatisiert Prozess

Thomas Auzinger vom Institute of Science and Technology Austria bei Klosterneuburg präsentierte kein Fertigungsverfahren oder gefertigte Bauteile, sondern eine Software. Als Informatiker entwickelte er mit Kolleg*innen einen Algorithmus, der auf Basis eines CAD-Bauteils eine Kavität samt Teillinie ableiten kann und somit einen CAD-Gusseinsatz für die anschließende additive Fertigung erstellt. Dieser Algorithmus soll noch weiter optimiert werden, sodass dieser Prozess automatisiert und in wenigen Minuten ablaufen kann.

Aussteller nutzten Online-Format für Pitches

Die Aussteller, die Firmen Westcam (www.westcam.at) und BM Engineering (www.bringsinform.com), präsentierten online in 5 Minuten dauernden Pitches ihre Produkte und Dienstleistungen.


Foto: DI Peter Dunzendorfer, BSc.

DI Peter Dunzendorfer, BSc.

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Fachbereiche: Bauteilgestaltung, Additive Fertigung, Spritzguss, Additive Tooling

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