Nur mit technologisch anspruchsvollen Werkzeugen und Formen können deutsche Werkzeugbauer gegenüber Billiganbietern bestehen. Ein neues generatives Verfahren, Controlled Metal Build Up (CMB), soll dabei Hilfe bieten.
Das Gespräch führte Dr. Rolf Langbein
Herr Professor Klocke, Sie haben ein Verfahren zur Herstellung technologisch anspruchsvoller Werkzeuge und Formen entwickelt. Was verbirgt sich hinter dem Verfahren?
Das CMB-Verfahren ist ein so genanntes generierendes Verfahren. Damit bauen wir ein Bauteil lagenweise auf und können aus den einzelnen Lagen komplizierte Geometrien herstellen.
Können Sie etwas detaillierter auf dieses Verfahren eingehen?
Wir nutzen bei diesem Verfahren den Laser, um Metalle zu schmelzen und dann die Bauteile Schicht um Schicht aufzubauen. Die einzelnen Schichten sind etwa ein bis zwei Zehntel Millimeter dick. Da wir hier praktisch ein Auftragsschweißen realisieren, sind die Bauteile im Unterschied zum Sintern, das stets eine Restporosität aufweist, zu hundert Prozent dicht.
Was unterscheidet dieses Verfahren vom Auftragsschweißen?
Beim Auftragsschweißen wird Schicht auf Schicht, Schweißraupe auf Schweißraupe gelegt. Dabei arbeiten wir oberhalb der Schmelztemperatur der Metalle. Somit hängt die Genauigkeit nicht nur von der Schweißraupe, sonden auch von thermischen Verzügen ab. Beim CMB-Verfahren kombinieren wir deshalb das Auftragsschweißen mit einem Fräsverfahren. Unter Einsatz der Geometriedaten steuern wir eine CNC-Fräsmaschine, die die aufgeschweißte Schicht genau abfräst. Dieser Prozess wiederholt sich mit jeder Schweißlage. So wird die Genauigkeit des Bauteils durch die Genauigkeit der Fräsmaschine und nicht durch die Ungenauigkeit des Auftragsschweißens bestimmt.
Fräsen Sie dabei nur die Fläche oder auch die Kontur?
Wir fräsen nicht nur die Fläche, sondern auch die Kontur. Da wir die Kontur in kleinen Schritten bearbeiten, können wir die Stufenübergänge entweder vernachlässigen oder müssen nur ganz leicht nacharbeiten.
Welche Werkstoffe können Sie mit dem neuen Verfahren verarbeiten?
Wir schweißen Werkzeugstähle, was an sich schon eine große technologische Herausforderung ist. Diese sind hochlegiert und neigen zur Rissbildung. Es galt daher, Strategien zu entwickeln, mit denen durch intelligente Vor- und auch Nachwärmung der Spuren Risse vermieden werden. Dabei haben wir festgestellt, dass es sinnvoll ist, die Werkzeugstähle etwas zu modifizieren. Denn es gilt, bei den vorhandenen Abkühlbedingungen am Ende noch einen guten Werkzeugstahl zu haben, der die Funktionen des Werkzeuges erfüllt. Daran arbeiten wir.
Wie können Sie mit diesem Verfahren einen vollautomatischen Prozess realisieren?
Wir müssen die so genannte CAD/CAM-Kette maschinenseitig lösen. Dabei gilt es, dem Konstrukteur ein leistungsfähiges Technologie-Planungswerkzeug an die Hand zu geben. Das muss beinhalten, welche Vorschubgeschwindigkeiten benötigt werden und auch, welche Erwärmung und Nachwärmung anzustreben sind, um in bestimmten Bereichen Risse zu vermeiden. Das alles muss reproduzierbar und einfach zu handhaben sein.
Wann kann das Verfahren Einzug in die Praxis halten?
Wir gestalten zurzeit die Programme und Oberflächen so, dass sie anwenderfreundlich einzusetzen sind. In etwa sechs Monaten müssten wir damit fertig sein. Natürlich erlaubt der modulare Aufbau Erweiterungen hinsichtlich neuer Werkstoffe und neuer Technologien.
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