Ein Kooperationsprojekt der Neue Materialien Bayreuth GmbH erforscht, wie der Verbrauch zunehmend knapper Hartmetalle bei der Herstellung von Fräserköpfen annähernd halbiert werden kann. Dabei sollen zudem höhere Standzeiten und geringere Herstellungskosten erreicht werden.
Die wachsende E-Mobility verändert auch die Produktionslandschaft. Ein Beispiel hierfür sind Gelenkwellen: Besitzen konventionelle Antriebe maximal elf davon, so liegt deren Anzahl bei elektrischen Antrieben höher. Entsprechend wächst der Bedarf an Fräswerkzeugen, die zur Herstellung dieser Komponenten eingesetzt werden.
Fräswerkzeuge bestehen in der Regel aus einem Grundkörper aus Stahl und einem Fäserkopf aus Hartmetall. Besonders hohe Spanraten erreichen sogenannte Kugelbahnfräser, die mehrere Schneidkanten aufweisen.
Derzeit werden diese Präzisionsfräser mittels kostenintensiver Pulvermetallurgie mit hohem Materialverbrauch hergestellt. Hierbei werden am häufigsten Wolframkarbide in Kobaltmatrix verarbeitet. Sowohl Wolfram, als auch Kobalt gelten in Deutschland als beschaffungskritische Rohstoffe.
Als Verfahrensalternative bietet sich die additive Fertigung zum endkonturnahen 3D-Druck solcher Bauteile an, mit der der Materialeinsatz deutlich reduziert werden kann. Allerdings ist der Druck von Wolframkarbid aufgrund dessen hoher Härte technisch sehr begrenzt.
Um hierfür eine Lösung bereitzustellen, beschäftigt sich ein Kooperationsprojekt der Neue Materialien Bayreuth GmbH mit der Entwicklung einer Fertigungsroute für endkonturnah gedruckte Fräskopfrohlinge aus Hartmetall unter Einsatz des Fused Deposition Modeling (FDM), einem auf Extrusion basierenden 3D-Druck-Verfahren. Dabei entfällt der bei der herkömmlichen Herstellung anfallende Schleifschlamm, was in Verbindung mit einem prozessbedingt sparsamen Materialverbrauch mit minimalem Abfall eine Materialeinsparung von 45 % ermöglicht.
Weitere Ziele des Projekts sind eine Standzeiterhöhung um mindestens 10 % und die Reduzierung der Herstellungskosten um mindestens 30 %.
Die Forschungsarbeiten erfolgen im Rahmen des vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz im Zentralen Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) geförderten Kooperationsprojekts „VOFree-HM – Entwicklung einer umweltfreundlichen Fertigungsroute für defektarme, mittels Fused Deposition Modeling gedruckte, endkonturnahe Hartmetallrohlinge für Fräswerkzeuge mit einer erheblichen Erhöhung der Lebensdauer um mindestens 10 %, einer Senkung der Fertigungskosten um mindestens 30% und Materialeinsparung von 45 %“ (Förderkennzeichen KK5027509KL). Kooperationspartner sind die Neue Materialien Bayreuth GmbH, die Firmen Klaus Trott und Peter Würtele.
Ansprechpartner
Neue Materialien Bayreuth GmbH
Frau Dr.-Ing. Haneen Daoud | E-Mail haneen.daoud@nmbgmbh.de
