Mit dem generativen Lasercusing- oder Laserschmelz-Verfahren können Kühlkanäle sehr nahe unter der Formkontur eines Werkzeugs angesetzt werden. Komplexe Teile mit unterschiedlichen Wandstärken, bei Verrippungen und Stegen, können so bestmöglich gekühlt werden.

Mit dem Lasercusing-Verfahren werden mechanisch und thermisch belastbare metallische Bauteile mit hoher Präzision erstellt. Dabei wird feines pulverförmiges Metall durch einen hochenergetischen Faserlaser lokal aufgeschmolzen. Nach dem Erkalten verfestigt sich das Material. Die Bauteilkontur wird durch Ablenkung des Laserstrahls mittels einer Spiegelablenkeinheit (Scanner) erzeugt. Der Aufbau des Bauteils erfolgt Schicht für Schicht mit einer Schichtstärke von 20 bis 100 ?m durch Absenken des Bauraumbodens, Neuauftrag von Pulver und erneutem Schmelzen.

Konstruktion konturnaher Kühlung

Bereits 2008 investierte W. Faßnacht Werkzeug- und Formenbau, Bobingen, in Lasercusing-Anlagen von Concept Laser aus Lichtenfels und 2012 lieferte das Unternehmen seinen tausendsten generativ gefertigten Werkzeugeinsatz aus. Die Querschnitte der Kühlkanäle liegen bei fünf Millimetern und sind nach Aussage von Geschäftsführer Wolfgang Faßnacht absolut prozesssicher. Dadurch besteht die Möglichkeit, diese zwei bis drei Millimeter unter der Formkontur anzusetzen. Auch das Gegenteil, das Temperieren, kann über solche Kanäle erfolgen.

Dies geschieht beispielsweise bei Teilen mit Hochglanzoptik (high glossy-Effekte). Bestimmte Werkzeuge haben sogar beide Aufgaben in getrennten Kreisläufen: Oberflächen mit Hochglanzoptik, die temperiert werden und an der Innenkontur Verrippungen, die gekühlt werden, um Verzug zu verhindern. Bei den bislang in Bobingen produzierten Werkzeugen mit dieser Kühltechnik konnten die Zykluszeiten bei Serienwerkzeugen bis zu 40 Prozent reduziert werden. Das bedeutet einen großen Vorteil zur Wertschöpfung für den Produktionsbetrieb. Das Laserschmelzen ermöglicht es, Pulverwerkstoffe aus Originalmaterial aufzuschmelzen. Dabei werden heute Härtegrade bis zu 52HRC, abhängig vom Werkstoff, erreicht.

Vor allem bei der Herstellung des Werkzeugeinsatzes werden bei konventioneller Technik Personalkosten fällig, da der Dreh- und Fräsprozess kontinuierlich überwacht werden muss. Anders beim Laserschmelzen von Metallen: Mit dem generativen Metall-Laserschmelz-Verfahren spart der Werkzeugbauer Zeit in Konstruktion und Fertigungsphase und außerdem fließen mögliche Änderungswünsche leichter ein. Die Lasercusing-Anlage kann nach Wahl der Parameter 24 Stunden pro Tag mannlos betrieben werden.

Auch bei Teilen in Hybrid-Technik spart der Werkzeugbauer Zeit und Kosten. Auf einen vorgefertigten Grundkörper, mit vorgebohrtem Zu- und Ablauf der Kühlung, kann die formgebende Restgeometrie inklusive der restlichen Kühlkanal-Auslegung mit dem Laser aufgeschweißt werden. Diese Vorgehensweise hat sich bei einer Mischbauweise in vielen Fällen als schnellste und wirtschaftlichste Methode erwiesen.

Einsätze für runde Teile

Nach den Erfahrungen bei Faßnacht sind gerade runde Teile sehr geeignet für Einsätze auf der Basis des Laserschmelzens. Runde Werkzeugeinsätze können damit wesentlich kostengünstiger hergestellt werden. Denn durch Integration einer konturnahen Kühlung entfallen Einstiche und Nuten für O-Ringe. Die Konstruktion des Einsatzes fällt somit einfacher aus. Folglich reduzieren sich der Konstruktions-, Fertigungs- und Nacharbeitsaufwand und somit auch die Kosten. Klassische Methoden, vom Beschaffen einer Stahlstange aus dem Lager bis hin zum Härten, sind aufwändiger und teurer zu fertigen, als mit Laserschmelzen.

Der Trend zur konturnahen Kühlung hat zahlreiche Gründe – technische, aber auch ökonomische: „Werkzeuge sollen in der Fertigung bei den Stückkosten Geld verdienen, und dies gilt umso mehr bei hohen Stückzahlen“, sagt Faßnacht, dessen Unternehmen 2012 zum Werkzeugbauer des Jahres ernannt wurde. Prozesssichere Werkzeuge, die die Physik überlisten und Zykluszeiten reduzieren helfen, verbessern die Wertschöpfung in der Produktion. Die zunehmende Bedeutung des Laserschmelzens mit Metallen zeigt den Erfolg dieser Strategie von Werkzeugeinkäufern und Fertigungsspezialisten.

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Über den Autor

Guido Radig ist freier Fachjournalist in Bergkirchen. radig@provvido.de