Dienstleister Burgmaier AM präsentiert Einsatzstahl 16MnCr5

Mitte 2020 führte der Entwicklungs- und Fertigungsdienstleister Burgmaier AM den neu qualifizierten Einsatzstahl 16MnCr5 in den Markt ein. Der Werkstoff zeichnet sich durch vielfältige Anwendungsgebiete aus. Das neue Materialangebot öffnete Burgmaier die Tür zu einem führenden Automobilhersteller, der die konventionelle Produktion von Stahl-Prototypen durch die additive Fertigung in 16MnCr5 ersetzt, erklärt das Unternehmen in einer Pressemeldung.

Wie die Firma erklärt, setzen produzierende Unternehmen Additive Manufacturing seit vielen Jahren für Prototypen ein, da die Technologie schnelle Lieferzeiten und eine simultane Fertigung unterschiedlicher Varianten ermöglicht. Darüber hinaus erfordern Prototypen vergleichbare mechanische Kennwerte zur späteren Serienproduktion.

„Nicht verfügbare Werkstoffe limitierten die Einsatzgebiete für AM im Stahlbereich. Mit 16MnCr5 verschieben wir die Grenzen des bisher Machbaren“, berichtet Ken Krauß, Leiter des Geschäftsbereichs Additive Manufacturing bei Burgmaier. 16MnCr5 ist in der Serienproduktion weit verbreitet – Burgmaier erreicht auch bei additiv gefertigten Prototypen in diesem Werkstoff die mechanischen Kennwerte des konventionell gelieferten Materials. Daneben kann 16MnCr5 seine Trumpf-Karte in Sachen Flexibilität ausspielen: Mit verschiedenen Wärmebehandlungen können die mechanischen Eigenschaften der AM-Bauteile flexibel einstellen und damit die Anforderungen unterschiedlicher Stahllegierungen abbilden.

Ganzheitliche Prozessauslegung ermöglicht flexible Anwendungsgebiete

Im Falle der Automobil-Prototypen hat Burgmaier AM unterschiedliche Prozessketten für die jeweiligen Kundenteile ausgelegt. Im Pre-Process, der Arbeitsvorbereitung vor der eigentlichen Fertigung, nehmen die Applikationsexperten von Burgmaier die geforderten Eigenschaften auf und legen die notwendigen Prozessschritte und deren Reihenfolge fest. Dabei ist ein ganzheitlicher Blick auf den Ablauf notwendig: Bereits im Pre-Process stimmen Burgmaier und der Kunde die Geometrie des Bauteils im Hinblick auf die nachgelagerten Schritte, dem In- und Post-Process, ab. Reduzierte Volumensprünge verringern Verzugsrisse und Delamination zwischen den Schichten. Bei Freiform-Teilen ist die Spannsituation für eine abschließende Präzisionszerspanung abzubilden und Bearbeitungszugaben zu berücksichtigen. Regelmäßig beauftragen die Burgmaier-Ingenieure Spezialwerkzeuge für das Bauteil-Finish, die in der eigenen Werkzeugschleiferei spezifisch und schnell gefertigt werden.

Beim In-Process produziert eine SLM 280 2.0 mit Twin-Laser die Bauteile mit einer Schichtstärke von 50µm. Bereits im gebauten Zustand zeigt der Werkstoff sein charakteristisches, feinkörniges Gefüge, das zu höheren mechanischen Eigenschaften als das konventionell gelieferte Material führt. Lokal auftretenden Gefügeunterschiede können durch eine Wärmebehandlung zu einem homogenen Gefüge entwickelt werden. Die Wärmebehandlung reduziert darüber hinaus den auftretenden thermischen Verzug.

Die Flexibilität von 16MnCr5 zeigt sich in den vielfältigen Möglichkeiten im Post-Process. Verschiedene Verfahren und Zyklen der Wärmebehandlung stellen gezielt die Eigenschaften der Prototypen ein. Sollen die Bauteile eine besonders harte Oberfläche aufweisen, kann ein Kennwert über 60 HRC erzielt werden – bei gleichzeitig zähem Kern. „Bei anderen Komponenten benötigt unser Kunde spezielle mechanische Eigenschaften für die Streckgrenze, die Bruchdehnung oder die Zugfestigkeit“, sagt Krauß. Für das Serienmaterial Baustahl S355 führt eine spezifische Wärmebehandlung zu einem homogenen grobkörnigen Gefüge mit einer Streckgrenze Rp0,2 von 378 MPa. Bei einem anderen Prototyp ist der Serienwerkstoff der Feinkornbaustahl S420MC. Die dafür ausgelegte Wärmebehandlung erzielt ein homogenes feinkörniges Gefüge mit einer Bruchdehnung A von 23%. Eine abschließende Präzisions-CNC-Zerspanung bringt die Prototypen an den notwendigen Stellen auf Maß. Dabei kann Burgmaier auf die jahrzehntelange Erfahrung aus der subtraktiven Serienfertigung zurückgreifen.

Der Artikel basiert auf einer Pressemeldung von Burgmaier AM.