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Generative Fertigung von konturnah temperierten Werkzeugen mittels Selective Laser Melting

ISBN: 978-3-86359-183-0

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Kurzübersicht

Beim Spritzgießen unterstützt eine konturnahe Werkzeugtemperierun den Wärmeaustausch. In dieser Arbeit wird das Selective Laser Melting zur endkonturnahen Fertigung von Formeinsätzen mit Temperierkanälen weiter entwickelt. Dabei werden die Stahlwerkstoffe X38CrMoV5-1 und X42Cr13 mit tatsächlichen Aufbauraten von 8 cm3/h verarbeitet. An Testgeometrien sind Zugfestigkeiten von 1580 MPa (54 HRC) gemessen. Für den Aufbau von komplexen Kühlkanälen werden Prozessführungen erarbeitet und angewendet. Beispiele industrieller Formeinsätze zeigen ein großes Potenzial auf.

Generative Fertigung von konturnah temperierten Werkzeugen mittels Selective Laser Melting

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Details

Beim Spritzgießen unterstützt eine konturnahe Temperierung des Werkzeugs den Wärmeaustausch zwischen der verarbeiteten Formmasse und dem Werkzeug. Dazu folgen eine oder mehrere Temperierstrukturen der Kavitätsoberfläche vom Werkzeug. Durchströmt werden diese Strukturen von Wasser, wodurch ein Wärmestrom zwischen der verarbeiteten Formmasse und dem Temperiermedium induziert wird. In dieser Arbeit wird das Selective Laser Melting (SLM) zur endkonturnahen Fertigung von Spritzgießwerkzeugen mit komplexen Temperierkanälen weiter entwickelt. Dabei wird das Ziel verfolgt, die Formenstahlwerkstoffe X38CrMoV5-1 und den korrosionsbeständigen Werkstoff X42Cr13 mit großen Aufbauraten zu verarbeiten. Für den Werkstoff X42Cr13 werden erstmalig Verfahrensparameter für verschiedene Schichtdicken entwickelt, mit denen Materialdichten > 99,5% erreicht werden. Voraussetzung für eine rissfreie Verarbeitung ist die Vorheizung der Substratplatte auf mindestens 400 °C. Eine Zugfestigkeit ist mit ca. 1580 MPa (54 HRC) gemessen. Die Korrosionsbeständigkeit ist unter industriellen Bedingungen für den Werkstoff X42Cr13 bestätigt. Zur Minimierung der Fertigungszeit wird die Hülle-Kern Aufbaustrategie weiter entwickelt. Mit der neuen Prozessführung wird eine tatsächliche Aufbaurate von bis zu 8 cm3/h erzielt, trotz einer limitierten Laserleistung von 250 W. Für den Aufbau von Kühlkanälen werden weitere Prozessführungen erarbeitet, die zu einer gleichmäßigen Oberflächenbeschaffenheit führen. Beim SLM ist Bauteilverzug besonders kritisch. Darum werden Eigenspannungen und Bauteilverzug am Beispiel der Versuchsgeometrie Twin Cantilever experimentell und modelltheoretisch weiter untersucht. Dabei zeigt sich, dass mit Hilfe einer Vorheizung auf 450 °C der Verzug des Twin Cantilevers nahezu vollständig vermieden werden kann. Auf der Basis der gewonnenen grundlegenden Erkenntnisse zur Prozessführung werden Werkzeugeinsätze mit integrierten Kühlkanälen gefertigt. Dabei wird die gesamte Prozesskette von der Auslegung der Kühlkanäle über die Fertigung mit SLM bis zur Endbearbeitung mit konventionellen Verfahren betrachtet. Es werden sowohl komplette Einsätze als auch Teile eines Werkzeugeinsatzes auf vorgefertigte Grundkörper hergestellt. Beispiele industrieller Formeinsätze zeigen das große Potenzial von konturnahen Temperierkanälen zur Reduzierung der Zykluszeit auf. Darüber hinaus sind auch Multimaterialkonzepte für den Werkzeug- und Formenbau von hohem Interesse, um z.B. einen hochwärmeleitfähigen Werkzeugkern aus Kupfer und eine verschleißbeständige Hülle aus einem Warmarbeitsstahl zu erzeugen. Solche Konzepte können z.B. durch Verfahrenskombinationen aus SLM und Laserauftragschweißen oder durch die Kombination SLM und Gießen realisiert werden.

Zusatzinformation

Autor Jansen, Stefan
ISBN/Artikelnr. 978-3-86359-183-0
Gewicht 0.300 kg
Erscheinungsdatum 20.02.2014
Lieferzeit 3-4 Tage
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