Additive Fertigung von Spritzgusswerkzeugen mit Hochglanzoberflächen

Berthold Hermle AG

Die Metall-Pulver-Auftrag-Technologie (MPA Technologie) von Hermle lässt sich vielseitig einsetzen.

Die MPA Technologie (MPA = Metall Pulver Auftrag) steht für den Auftrag von Metallpulvern  auf der Basis eines thermischen Spritzverfahrens, das speziell für den Aufbau großvolumiger Bauteilkomponenten optimiert wurde. Dieses von Maschinenbau Berthold Hermle entwickelte Verfahren verwendet - im Gegensatz zu vielen anderen additiven Technologien - keine Laser. Das Metallpulver wird vielmehr mittels eines Trägergases über eine Lavaldüse auf das Substrat aufgebracht. Dabei kommt es allein aufgrund plastischer Verformung beim Aufprall der Partikel zu einer  Schichtbildung. Weder die Pulverpartikel noch das Substrat werden bei diesem Prozess aufgeschmolzen. Daraus resultieren vergleichsweise geringe Spannungen im Gefüge und nahezu verzugsfreie Bauteile.

Hermle hat die MPA Auftragseinheit parallel zur Frässpindel in ein 5-Achs-Bearbeitungszentrum vom Typ C 40 integriert. Mit dem hybriden Maschinenkonzept werden Materialauftrag und Zerspanung zu einem Fertigungsschema kombiniert, das die komplette Bearbeitung des Bauteils in nur einer Aufspannung in der Maschine möglich macht. Das jeweilige Bauteil kann dabei über die beiden Achsen des Dreh-Schwenk-Tisches dynamisch zur Düse hin orientiert werden. Daher ist es auch möglich, auf Freiformflächen einen Materialaufbau zu erzielen und so bereits vorgefertigte Rohlinge um additiv gefertigte Komponenten zu ergänzen.

Die Abbildung zeigt exemplarisch die wesentlichen Schritte zur Herstellung eines Bauteils mit oberflächennahem Kühlkanal. Ausgangspunkt ist ein Rohling mit bereits eingefrästem Kanal. Dieser wird im ersten Schritt verfüllt (1). In einem Frässchritt wird nun überschüssiges Füllmaterial entfernt und die Oberfläche klar definiert (2), bevor auf die gesamte Fläche ein Stahlmantel aufgetragen wird (3). Nach dem Herauslösen des Füllmaterials aus dem Kanal kann das Bauteil in die endgültige Form gefräst werden.

Ein Anwendungsgebiet, auf dem das MPA Verfahren seine Stärken voll ausspielen kann, ist der Werkzeug und Formenbau für den Kunststoffspritzguss. Hier lassen sich durch geschickten Einsatz konturnaher Kühlkanäle drastische Verkürzungen der Zykluszeiten erzielen. Neben der oben beschriebenen Möglichkeit, auf großvolumige Rohlinge mit der MPA Technologie additiv eine Kühlung aufzusetzen, kommt auch die hervorragende Gefügequalität des  aufgetragenen Materials zum Tragen: Bei den für diese Bauteile häufig eingesetzten Warmarbeitsstählen ist das Material nach einer Wärmebehandlung zu 100 Prozent dicht und die Funktionsflächen des Spritzgusswerkzeugs lassen sich sogar auf Hochglanz polieren (nach ISO 4287 gemessene Rautiefe Rz = 0.1 µm, Mittenrauwert Ra =  0.005 µm). Damit wird der Einsatz der additiven Fertigung auch bei höchsten Ansprüchen an die Oberflächenbeschaffenheit möglich. Konkrete Anwendungen finden sich zum Beispiel in der Automobilindustrie bei der Fertigung von Reflektoren und Abdeckelementen von Scheinwerfern, bei denen Oberflächenfehler wegen Streulichtbildung nicht tolerierbar sind.

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