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Produktionsprozess - Additive Fertigung

Rapid Tooling

Direct Tooling (Direkte Werkzeugherstellung) / Prototype Tooling (Herstellung von Werkzeug-Prototypen)

Auszug aus
Andreas Gebhardt

3D-Drucken

10/2014, 200 Seiten, € 39,99
ISBN: 978-3-446-44238-2
Seiten 14-17

Werden mit der Technologie der Additiven Fertigung Kerne, Kavitäten oder Werkzeugeinsätze gefertigt, oder Matrizen und Formen produziert, spricht man von dem Verfahren Rapid Tooling. Bei diesem Verfahre muss zwischen dem „Direct Tooling“ (Direkte Werkzeugherstellung) und „Prototype Tooling“ (Herstellung von Werkzeugprototypen) differenziert werden.

„Rapid Tooling“ umfasst alle AM-Prozesse, die zu Kernen, Kavitäten oder Einsätzen für Werkzeuge, Matrizen oder Formen führen. Dabei müssen zwei Unterebenen unterschieden werden: „Direct Tooling“ (Direkte Werkzeugherstellung) und „Prototype Tooling“ (Herstellung von Werkzeugprototypen). „Direct Tooling“ ist aus technischer Sicht gleichwertig mit „Direct Manufacturing“, wobei allerdings Werkzeugeinsätze, Matrizen und Formen in Serienqualität erzeugt werden.

Obwohl die Werkzeugkonstruktion vordergründig lediglich die Inversion des Produktdatensatzes (Umkehrung Positiv zu Negativ) ist, ist es angesichts der komplexen Detailkonstruktion gerechtfertigt, sie einer eigenen Unterebene zuzuordnen. Dazu ist es erforderlich, die Trennebenen festzulegen, Schrumpfvorgänge zu berücksichtigen, Entformungsschrägen einzubringen, Auswerfer zu dimensionieren, etc. Die Werkzeugherstellung erfordert in der Regel einen metallbearbeitenden Prozess und Maschinen, die für diesen Prozess konstruiert wurden.

Direct Tooling: Das Werkzeug entsteht aus vielen Komponenten

„Direct Tooling“ bedeutet nicht, dass ein komplettes Werkzeug hergestellt wird. Tatsächlich werden vor allem Werkzeugeinsätze (Kavitäten) oder Schieberelemente erzeugt. Das gesamte Werkzeug entsteht durch Zusammenbau der Einsätze und Standardkomponenten oder Einsätzen wie bei einer herkömmlichen Werkzeugfertigung. Die schichtenbasierte Technologie aller generativen Herstellungsverfahren erlaubt die Erzeugung werkzeuginterner Hohlstrukturen. So können zum Beispiel Formeneinsätze mit inneren Kühlkanälen hergestellt werden, die der Kontur des Werkzeugeinsatzes unterhalb dessen Oberfläche folgen.

Konturnahe Kühlung

Direct Tooling: Formeinsatz mit konturangepassten Kühlkanälen (dunkel) und pneumatischer Anpresseinrichtung (weiß) hergestellt per Lasercusing aus Werkzeugstahl. (Quelle: Concept Laser)

Diese Methode wird „Conformal Cooling“ (konturangepasste Kühlung) genannt, da die Anordnung der Kühlkanäle der Kontur der Form folgt (siehe Bild). Aufgrund der verstärkten Kühlung kann die Zykluszeit für ein Kunststoff-Spritzgussbauteil erheblich verkürzt und so die Produktivität deutlich gesteigert werden. Darüber hinaus kann mithilfe der Anordnung von Heiz- und Kühlkanälen ein integriertes Wärmeverteilungssystem konstruiert und damit wirkungsvollere Werkzeuge gestaltet werden.

Herstellung von Prototyp-Werkzeugen (Prototype Tooling)

Eine Form in Serienqualität ist häufig zu zeit- und kostenintensiv für die Fertigung von Kleinserien. Werden nur wenig Teile benötigt oder häufig Details verändert, genügt in der Regel eine aus einem Ersatzmaterial hergestellte vorläufige Form den Anforderungen.

Prototype Tooling: Sohlenmodell eines Gummistiefels. Hergestellt aus Polyamid mittels Lasersintern. (Quelle: EOS GmbH)

Ein aus Polyamid hergestellter Werkzeugprototyp ist als Beispiel im Bild oben dargestellt. Er wird für die Fertigung einer kleinen Serie eines neuen Entwurfs einer Profilsohle für Gummistiefel genutzt. Die Sohlen werden zur Komplettierung des vorgefertigten Stiefelschaftes verwendet, ohne dass für ihre Herstellung vorab ein für Serien geeignetes Metallwerkzeug angefertigt werden sollte. Verschiedene Sohlenprofile und -materialien können nach dem Guss sehr schnell ausgewertet werden – selbst bei kleinem Budget.

Auszug aus
Andreas Gebhardt

3D-Drucken

10/2014, 200 Seiten, € 39,99
ISBN: 978-3-446-44238-2
Seiten 14-17
Weiterführende Information
  • Additive Fertigung

    Welche Verfahren und Anwendungen bewähren sich in der Praxis des Werkzeug- und Formenbaus? Welche Maschinen sind bereits auf dem Markt und wohin geht die Entwicklung? Wir erklären Grundlagen, verfolgen Trends und lassen Experten zu Wort kommen.   mehr

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