Home Anwendungen Fallstudie: Wie 3D-Druck die Leistung, Haltbarkeit und Qualität von modularen Stechwerkzeugen verbessert

Fallstudie: Wie 3D-Druck die Leistung, Haltbarkeit und Qualität von modularen Stechwerkzeugen verbessert

Burgmaier ist seit fast 90 Jahren führend in der Herstellung von Teilen und Komponenten für viele unterschiedliche Branchen, von der Automobilindustrie über den Maschinenbau bis hin zur Energie- und Unterhaltungselektronik. Weltmarktführer zu sein bedeutet, ständig an Verbesserungen zu arbeiten. Es bedeutet, sich ein Werkzeug anzusehen und zu denken: „Klar, es funktioniert großartig. Aber könnte es noch besser sein?“

Dieses nie endende Streben, mit den Besten der Besten bei Metallwerkzeugen und -komponenten zu arbeiten, hat es Burgmaier ermöglicht, Schlüsselbauteile für eine Weltklasse-Produktion mit großem Erfolg neu zu denken, beispielsweise Düsenpratzen, Spannbacken, Greifer und Ausblastunnel.

Zuletzt hat Burgmaier eines der gängigsten Werkzeuge in der Drehtechnik unter die Lupe genommen: das Stechsystem. Neben dem technischen Team von Burgmaier standen die Experten von ZCC Cutting Tools Europe, einem innovativen Lieferanten von Burgmaier. ZCC strebt ständig nach einem Mehrwert in seinen Produkten. Beide Partner beschlossen, die Komponente zu verbessern, um sie effizienter und produktiver zu machen. Mit Hilfe der additiven Fertigungstechnologie SLM bei Burgmaier hat ZCC ein neues Stechsystem umgesetzt, das stärker, leichter, haltbarer und kostengünstiger in der Herstellung ist.

Komplexe Kühlformen erdacht

Das in der Metallzerspanung eingesetzte Stechwerkzeug leistet einen wesentlichen Beitrag bei der Herstellung von Bauteilen für die Luft- und Raumfahrt-, Automobil-, Energie- und Elektronikindustrie – um nur einige zu nennen. Die zu bearbeitenden Metalle sind sehr zäh und erfordern ein sowohl starkes als auch belastbares Werkzeug, das in der Lage ist, den Anforderungen an Serienproduktionslinien gerecht zu werden.

Konventionell hergestellte Stechwerkzeuge können über einen geraden Kühlkanal verfügen, der das Kühlmittel auf die Schneide transportiert, um das Erhitzen des Metalls beim Schneiden zu reduzieren. Das herkömmliche Design, obwohl seit vielen Jahren im Einsatz, ist nicht so effektiv, wie es sein könnte, um das Kühlmittel gleichmäßig und genau an die benötigten Stellen zu leiten. Und konventionelle Fertigungsverfahren des Stechwerkzeugs können keinen anders geformten Kühlkanal herstellen.

Hier kommt Additive Manufacturing ins Spiel. ZCC und Burgmaier wollten den Kühlkanal innerhalb des Stechwerkzeugs deutlich verbessern, um die Zerspanung effektiver und produktiver zu gestalten. Sie wandten sich der additiven Fertigungstechnologie SLM zu, die die Herstellung komplexester Formen ermöglicht. ZCC hat einen konturnahen Kühlkanal geschaffen, der sternförmig ist. Die Sternform bietet Vorteile durch eine größere Oberfläche und eine effektivere Kühlwirkung. Zudem wird der Kühlkanal durch das gesamte Stechsystem geführt, vom Grundhalter bis zur Basiskassette, dann aufgeteilt in zwei Kanäle und schließlich präzise zu dem Ort an dem die Späne entstehen: zur Wendeschneidplatte.

Bessere Leistung und mehr Flexibilität

Die Änderung der Form mag klein erscheinen, aber die Auswirkungen auf die Haltbarkeit und Qualität des ZCC-Stechsystems sind beträchtlich. Erstens zeigt der Grundhalter des Stechsystems eine erstaunliche Verbesserung, dank des Hybrid-Fertigungsverfahrens von Burgmaier. Hybride Fertigung bedeutet, eine konventionelle Standardaufnahme einzusetzen und additiv darauf aufzubauen. ZCC konnte das Bauteilgewicht um 45 % reduzieren, was zu weniger Material- und Fertigungskosten sowie einer besseren Performance der gesamten Drehmaschine führte. Das Burgmaier-Verfahren umfasst ein innovatives, selbst entwickeltes System zum Spannen verschiedener Grundkörper und einen standardisierten Prozess zur additiven Fertigung der Teile in einer SLM 280. Das Verfahren ermöglicht eine Serienfertigung des Grundhalters mit höchster Präzision. So erreicht Burgmaier eine Positionier- und Wiederholgenauigkeit von unter 0,05 Millimetern und eine hochwertige Verbindung von Grundkörper und AM-Teil.

Zweitens leitet die Sternform des Kanals die Kühlflüssigkeit besser an die richtigen Stellen, wodurch die Belastung des gesamten Werkzeugs minimiert wird. Dies führt nicht nur zu einer präziseren Leistung, sondern verlängert auch auf lange Sicht die Lebensdauer des Werkzeugs. Ein haltbareres Werkzeug mit längerer Standzeit bedeutet, dass das Werkzeug für ZCC-Kunden günstiger ist: Sie können das gleiche Stechwerkzeug länger verwenden, ohne es zu auszuwechseln.

Drittens ermöglicht die additive Fertigung des Stechwerkzeugs eine bessere Modularität des Gesamtsystems. Sollte ein Teil des Stechsystems kaputt gehen, ist es viel schneller und kostengünstiger, das gebrochene Teil mittels additiver Fertigung herzustellen. Der Kunde muss nicht mehr das gesamte Stechsystem austauschen, was kostspielig und zeitaufwendig sein kann.

Einsatzstahl in AM verschiebt die Grenzen

Ein bevorzugtes Material bei herkömmlich hergestellten Werkzeugen ist 16MnCr5. Dieser Einsatzstahl kombiniert eine sehr harte Oberfläche mit einem duktilen Kern. Die Einführung der Werkstoffgruppe der Einsatzstähle in die additive Fertigung ist ein Game Changer. Burgmaier eröffnet eine neue Welt verschleißfester Bauteile in Verbindung mit den Vorteilen des Additive Manufacturing. Die mechanischen Eigenschaften von 16MnCr5 lassen sich durch verschiedene Wärmebehandlungen flexibel einstellen, zum Beispiel mit einer Oberflächenhärte von über 60 HRC. Genau das Richtige für das Stechsystem.

Experten im Hybridbau

Dies ist nicht das erste Mal, dass Burgmaier mit der additiven Fertigungstechnologie SLM Werkzeuge und Komponenten in der Serienfertigung komplett neu erfindet und verbessert – und es wird auch nicht das letzte Mal sein.

In Kooperation mit ZCC fertigt Burgmaier spezielle Hochdruckwerkzeuge für die Zerspanung anspruchsvoller Materialien wie Inconel oder Titan – und weitere Werkzeuge sind in der Entwicklung. „Es gibt ein riesiges Potenzial für innovative AM-Zerspanungswerkzeuge. Die Zusammenarbeit zwischen Burgmaier, ZCC und SLM Solutions stellt einen Durchbruch für Additive Manufacturing in der Serienfertigung von Werkzeugen dar“, sagt José Agustin-Paya, Manager Business Development and Technology bei ZCC.

Was diese Innovationen zum Erfolg macht, ist das von Burgmaier entwickelte Verfahren zum Hybridbau, das die additive Fertigungstechnologie SLM integriert. Die Stabilität und Zuverlässigkeit des SLM®-Technologiebauprozesses führt zu gleichbleibend hoher Qualität der Teile, was auch die Grundlage für die stabile und vertrauensvolle Zusammenarbeit zwischen Burgmaier und SLM Solutions ist.

„Wir tauschen uns regelmäßig darüber aus, was mit der AM-Technologie möglich ist“, sagt Ken Krauß, Leiter Additive Fertigung bei Burgmaier. „Wir kennen die Anwender unserer Produkte sehr gut. Wir wissen, was die richtigen Werkzeuge ausmacht. Und die SLM-Technologie schafft die Basis für unseren Hybridbau-Ansatz und hilft uns, das zu erreichen, was wir für unsere Kunden brauchen.“

Der Artikel basiert auf einer Case Study von Burgmair.

Abonnieren Sie die wöchentlichen 3Druck.com-Newsletter. Jeden Montag versenden wir die wichtigsten Beiträge und Updates der Woche. Melden Sie sich jetzt kostenlos an.
Haben Sie einen Fehler entdeckt? Oder Anregungen und Ergänzungen? Bitte schicken Sie uns eine Nachricht.
Vorherigen ArtikelAM Cube: Chiron Group stellt 3D-Druck-System bei der Formnext 2021 vor
Nächsten ArtikelBCN3D veröffentlicht Cloud-Lösung für 3D-Druck-Flottenmanagement in Echtzeit
David ist Redakteur bei 3Druck.com.