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06.09.2016

Additive Manufacturing beschleunigt Formänderungen im Werkzeug- und Formenbau

Vollautomatisches DMD-Verfahren steigert Prozessgeschwindigkeit

Laserauftragschweißen hat sich als qualitativ hochwertiges Verfahren bereits seit der Jahrtausendwende für Modifikation und Instandsetzung von Spritzgussformen durchgesetzt. Doch jetzt bieten sich mit DMD (Direct Metal Deposition) mittels Pulverauftragdüse neue Möglichkeiten im Werkzeug- und Formenbau.

Reparatur einer Werkzeugform mittels Pulverauftrag (© OR Laser)

Im Gegensatz zum konventionellen Laserauftragschweißen, bei dem der Materialauftrag mit Draht meist manuell durch einen Schweißer ausgeführt werden muss, arbeitet das neue Verfahren voll automatisiert, höchst präzise und steigert somit die Produktivität erheblich. Vor allem für kleine und mittlere Unternehmen stellt das Verfahren eine erschwingliche Ergänzung zur bestehenden Technologie dar, ist sich Hersteller O. R. Lasertechnik sicher.

Viele Anwendungsmöglichkeiten

Beim DMD-Verfahren wird Metallpulver aus einer Pulverdüse koaxial zum Laser auf eine bestehende Oberfläche aufgetragen. Das Verfahren ist vollständig automatisierbar und kann bereits an Anlagen mit einer Durchschnittsleistung von 300 W realisiert werden. Es ist auf dreidimensionalen Oberflächen anwendbar und bietet damit eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten: zur Oberflächenveredelung, Formmodifikation und -änderungen oder um beschädigte Umform-, Stanz- und Spritzgusswerkzeuge wieder in einen neuwertigen Zustand zu versetzen.

120.000 mm³ in 24 Stunden

Markus Fischer, Geschäftsführer HWF, hat sich für das DMD-Verfahren entschieden. (© HWF)

Die Vorteile des additiven Verfahrens haben das mittelständische Unternehmen HWF Hessische Werkzeug- und Formenbau in Eppertshausen nahe Frankfurt überzeugt. Bei HWF bestand zum Beispiel eine der Aufgaben darin, auf einem typischen Formwerkstoff (1.2343 – einer der weltweit meist verwendeten Warmarbeitsstahl mit hoher Verschleißfestigkeit) eine Struktur in der Größe 300 x 20 x 20 mm aufzubauen.

Bisher wurde solch eine Struktur mit Laserauftragschweißen mittels Zusatzdraht aufgebaut, um die Gefahr von Rissbildung, Deformation und Änderung der metallurgischen Eigenschaften zu vermeiden. Der Schweißer benötigte dazu zwischen 60 und 80 Stunden.

Heute nutzt das Unternehmen HWF das DMD-Verfahren und erledigt den Strukturaufbau mit einer Geschwindigkeit von 5000 mm³/h in Schichtstärken von 0,25 mm. Das heißt, es sind gerade mal 24 Stunden und eine Laserleistung von nur 400 W nötig, um die 120.000 mm³ Material aufzubauen. Eine aufwendige Nacharbeitung mittels Fräsen oder Drahterodieren wird auf ein Mindestmaß reduziert.

CAD/CAM-System Orlas Suite bildet die Basis

Erstellung einer Bearbeitungsstrategie mit Orla Suite (© OR Laser)

Vorab wird eine CAD-Datei, welche die Formmodifikation enthält, in die Orlas Suite, eine leistungsstarke CAD/CAM-Softwarelösung von OR Laser, hochgeladen. Nach dem Slicing der Struktur in verschiedene Ebenen und dem Festlegen der optimalen Strategie wird das Koordinatensystem mit drei charakteristischen Referenzpunkten kalibriert, und die Laserparameter an die Anlage übermittelt. Die gesamte Vorbereitung dauert im Schnitt eine Stunde, der Prozess läuft danach vollautomatisch ab.

Flexible Steuerung während des Prozesses

Das Lasersystem ist auch während des Prozesses noch flexibel steuerbar und ermöglicht es so, die Prozessparameter an veränderte Anforderungen anzupassen. Beispielsweise können zu verschiedenen Zeiten unterschiedliche Leistungen gewählt werden: Anfangs höhere Aufbauraten durch Einstellung einer relativ hohen Leistung sowie einer hohen Pulverdurchflussrate. Zum Ende des Prozesses eine eher niedrige Leistung und Durchflussrate, um endkonturnahe Oberflächen zu schaffen und die Nachbearbeitung auf ein Minimum zu reduzieren.

Das Ergebnis ist eine rissfreie, qualitativ hochwertige Struktur, die optimal mit dem Grundwerkstoff verbunden ist und eine Härte von 45-65 HRC aufweist. Das zeitintensive Vorheizen des Formeinsatzes entfällt komplett. Die Beeinflussung des Grundwerkstoffes und die damit einhergehende Gefahr metallurgischer Kerben, die beim konventionellen Reparaturschweißen häufig entstehen, werden deutlich reduziert. Der Formeinsatz ist nach kurzer Zeit wieder einsatzbereit.

Materialkosten werden reduziert

Markus Fischer, Geschäftsführer von HWF ist überzeugt: „Laserauftragsschweißen ist aus dem Werkzeug- und Formenbau nicht mehr wegzudenken. Die Einbindung des DMD-Prozesses erlaubt uns, produktiver zu werden und neue Wege bei Formänderungen einzuschlagen. Der Prozess ist in unseren Prozessablauf und der CAD/CAM-Landschaft mit eingebunden.“

Auch Materialkosten werden reduziert, da beim DMD Verfahren eine endkonturnahe Geometrie erreicht wird und nur ein äußerst geringes Zerspanvolumen anfällt.

Pulverdüse ist als AddOn nachrüstbar

Laseranlage EVO Mobile Diodeline mit Pulverdüse bei der Bearbeitung einer Werkzeugform (© OR Laser)

Die Pulverdüse ist als AddOn erhältlich und kann auf bestehende, AM-2.0-fähige Laserschweißanlagen von OR Laser montiert werden. "Wir sind überzeugt davon, dass diese Technologie erhebliche Wettbewerbsvorteile gerade für kleine und mittlere Unternehmen erzielen wird." so Markus Wolf, Leiter F&E von OR Laser. "Durch unsere innovative Pulverdüse erfährt eine konventionelle Anlage in wenigen Minuten ein Upgrade und wird zu einem mächtigen, kosteneffizienten Tool zur additiven Fertigung."

Weiterführende Information
  • Schweißen, wo es eng ist
    FORM + Werkzeug 04/2015, SEITE 46 - 47

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  • Produktionsprozess - Additive Fertigung

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Unternehmensinformation

HWF Hessische Werkzeug- und Formenbau GmbH

Babenhäuser Str. 35
DE 64859 Eppertshausen
Tel.: 06071 3083-0
Fax: 06071 3083-50

O.R. Lasertechnologie GmbH

Dieselstr. 15
DE 64807 Dieburg
Tel.: 06071 980922
Fax: 06071 980924

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