Bild: Komet Group
Werkzeuge mit Mehrwert

Mit dem 3D-Druck ist die Komet Group in neue Dimensionen der Werkzeugauslegung und -produktion vorgestoßen. Das Unternehmen stützt sich dabei auf die additive Fertigung per Laserschmelzen und das Know-how von Renishaw. 

 WOLFGANG KLINGAUF, AUGSBURG

 

„Die Strategie für das Laserschmelzen kann man sich nicht einfach selbst erarbeiten“, argumentiert Dr. Reinhard Durst, Leiter Forschung und Entwicklung Hartmetallwerkzeuge bei der Komet Group. „Wer eine solche Maschine kauft und sagt, ich probiere das selber aus, wird scheitern. Um ein gutes Werkzeug zu erzeugen, kommt es entscheidend darauf an, welche Laserprozessstrategie man wählt und wie man vorgeht.“


Daher entschloss sich die Komet Group vor gut einem Jahr zur Zusammenarbeit mit Renishaw und sieht sich in der Entscheidung für diese Partnerschaft vollauf bestätigt. Die Ergebnisse sprechen für sich. Auf der AMB 2016 werden bereits neue additiv gefertigte Werkzeuge zu sehen sein. Zum Beispiel die neuen „Komet JEL“ - PKD-Einschraubfräser, deren additiv generierter Grundkörper mit PKD-Schneiden bestückt und auf einen Werkzeughalter aufgeschraubt wird. Diese Werkzeuge sind in mehreren Durchmessern bereits marktreif.

 

Zusätzliche Schneiden – rund 50 Prozent mehr Vorschub


Reinhard Durst ist begeistert: „Durch das additive Verfahren ist es uns gelungen, wesentlich mehr PKD-Schneiden auf einem Werkzeug unterzubringen. Wir haben die Anordnung der Schneiden geändert und wesentlich größere Achswinkel realisiert. Wir konnten die Nuten im Vergleich zu konventionell gefrästen Werkzeugen deutlich verkürzen. So wird das Werkzeug für den Anwender wesentlich produktiver.“ Bei einem 32 mm-Einschraubkopf beispielsweise wurde die Zahl der Nuten und Schneiden von sechs auf zehn gesteigert. Entsprechend ermöglicht das Werkzeug einen in diesem Verhältnis erhöhten Vorschub.


Bei diesen Fräsern nutzt Komet die additive Fertigung zudem, um den Verlauf der Kühlkanäle im Inneren des Werkzeugs zu optimieren. Während sich zerspanend nur gerade Kanäle einbringen lassen, kann der Verlauf bei generativen Verfahren weitgehend frei gewählt werden. Geschwungene Kanalführungen reduzieren nun beispielsweise den Druckverlust des Kühlmittels, und sind exakt so platziert, dass jede Schneide optimal von einem separaten Kühlkanal versorgt wird. Solche PKD-Einschraubfräser und weitere additiv gefertigte Werkzeuge von Komet werden seit dem Frühjahr von einigen Automobilzulieferern getestet, die vorwiegend Teile aus Aluminiumguss in großen Serien bearbeiten. Dabei ließen sich Vorschuberhöhungen um bis zu 50 Prozent realisieren.

 

Entwicklungspartnerschaft mit Renishaw


Bereits seit Jahren untersuchten die Entwickler der Komet Group, welche konkreten Potenziale die Technologie des 3D-Metall-Drucks bietet. Laut Reinhard Durst sind diese beachtlich: „Allein schon die Möglichkeit, die Werkzeuggeometrie innen und außen frei zu gestalten, macht die generativen Verfahren für uns zu einem Zukunftsthema. Denn damit lässt sich die Leistungsfähigkeit und Produktivität der Werkzeuge enorm steigen, was für unsere Kunden einen deutlichen Mehrwert schafft.“


Auf der Suche nach geeigneten Maschinen, die auf dem Markt verfügbar sind, überzeugte das Angebot von Renishaw – sowohl technisch als auch von der Anwendungsseite her. Denn Renishaw bietet im Rahmen der Partnerschaft konstruktive Unterstützung bei der Werkzeugentwicklung und stellt die Werkzeuge auf eigenen Maschinen her. „Für uns sind das ganz wesentliche Punkte“, betont Durst. „Denn wir erschließen hier eine ganz neue Technologie – und wir wollten durch diese Partnerschaft unsere Entwicklungsziele deutlich schneller erreichen.“


Beim 3D-Druck setzt Renishaw auf das selektive Laserschmelzen unter Argon-Schutzgasatmosphäre – und auf eigene Maschinen. Dazu übernahm Renishaw 2011 das englische Unternehmen MTT Technologies Ltd, einen Maschinenhersteller für generative Fertigungsprozesse, und entwickelt seither diese Technologie weiter. Die von Renishaw vertriebenen Anlagen tragen die Buchstaben „AM“ für Additive Manufacturing im Namen. In ihnen werden in einem extrem dünnen Bett aus Metallpulver mit einem Hochleistungsfähigen Ytterbium-Faserlaser gezielt jene Bereiche geschmolzen und dann beim Abkühlen verfestigt, die das Bauteil ergeben sollen. Mit immer neuen Metallpulverschichten wird dieser Vorgang so oft wiederholt, bis das Teil fertig ist.


Das Gefüge der additiv erzeugten Werkstücke erreicht eine zu 99,9 Prozent gleiche Struktur, wie gewalzte oder gegossene Metallteile. Doch dass es dazu kommt, bedarf es mehr als einer leistungsfähigen Maschine. Ralph Mayer, der bei Renishaw für Dienstleistungen rund um die additive Fertigung zuständig ist, erläutert: „Für jedes Bauteil muss die richtige Strategie gewählt werden. Unsere Stärke liegt in der Kompetenz, die technischen Herausforderungen der Kundenbauteile zu analysieren und gemeinsam mit dem Kunden Lösungswege zu erarbeiten.“ Deshalb macht Renishaw ein besonderes Angebot: Potenzielle Kunden können sich zunächst mit der generativen Fertigung im Rahmen ihrer konkreten Anforderungen vertraut machen lassen – inklusive Tests und Produktion auf Maschinen bei Renishaw. „Erst wenn der Kunde klarsieht, ob sich dadurch für ihn eine interessante Wertschöpfung ergibt, steht die Frage des Kaufs einer Anlage im Raum“, betont Mayer.

 

Paradigmenwechsel in der Werkzeugentwicklung


Für die Komet Group markieren die ersten additiv gefertigten Werkzeuge nur den Anfang einer viel versprechenden Entwicklung. Einen enorm wichtigen Aspekt bildet der Paradigmenwechsel in der Werkzeugentwicklung, der gerade erst begonnen hat. Der klassische Konstrukteur geht vom runden Rohling aus und schaut, welche Geometrien durch Materialabtrag realisierbar sind. Nun kann er ganz anders vorgehen. Er überlegt zuerst: Wo müssen die Schneiden hin, wie sollen sie idealerweise angeordnet und ausgerichtet sein – und dann konstruiert er den Rest dazu passend. Er kann minimalistisch arbeiten und schöne, leichte Werkzeuge bauen, die viel dynamischer sind als die bisher möglichen.


Abgesehen von viel leistungsfähigeren Werkzeugen kann die Komet Group durch den 3D-Druck ihren Kunden weitere Vorteile bieten. Da für die Fertigung außer dem in der Maschine befindlichen Laser keine Werkzeuge erforderlich sind, können auf einfache Weise und relativ kostengünstig individuelle Einzelstücke hergestellt werden, seien es Ersatzteile oder aber Prototypenwerkzeuge in verschiedenen Varianten. Zwar benötigt das Verfahren seine Zeit, da aber keine großen Vorarbeiten, Vorrichtungen und Maschinenwechsel notwendig sind, ist die Produktion solcher Teile per 3D-Druck meist schneller als auf konventionelle Art und Weise.

 

Renishaw baut additive Fertigung weiter aus


Das britische Unternehmen Renishaw mit deutscher Niederlassung in Pliezhausen bei Stuttgart ist breit aufgestellt und traditionell in den Bereichen Messtechnik, Motion Control, Spektroskopie und Präzisionsbearbeitung tätig. Im Rahmen der eigenen Produktion kam die additive Fertigung in Kunststoff und Metall schon länger zum Einsatz. Die Übernahme von MTT Technologies Ltd. sollte zunächst diese Fähigkeiten ausbauen und wurde dann zur Keimzelle für die neue Produktlinie der 3D-Metalldrucker. Ausgebaut hat Renishaw Deutschland dieses Feld unter anderem mit der 2013 erfolgten Übernahme der LBC LaserBearbeitungsCenter GmbH, die nun als Geschäftsfeld LBC Engineering unter dem Renishaw-Dach arbeitet. Die neuesten Produkte von Renishaw zur additiven Fertigung von Metallteilen sind die Anlagen „RenAM 500M“ und „AM 400“ sowie die Softwarelösung „QuantAM“.

www.kometgroup.com
www.renishaw.de

 

Wichtige Vorteile der generativen Fertigung
• Reduzierung des Komponentengewichts – Werkstoff nur da, wo er für optimale Komponentenfunktionalität notwendig ist
• Schnelle Designiterationen
• Maßgeschneiderte oder angepasste Teile
• Konsolidierung mehrerer Teile
• Kosteneinsparungen, weil Werkzeuge gar nicht oder maximal zur Nachbearbeitung erforderlich sind
• Konstruktion komplexer Geometrien wie dünne Wände, Gitter und interne Merkmale
• Erhöhte Designfreiheit – generative Fertigung ist nicht durch herkömmliche Fertigungsregeln eingeschränkt

 

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Beitrag aus dima 3/2016:

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