Kooperationsprojekt: Neue Prozessroute für beschaffungskritische Hartmetalle

Das Kooperationsprojekt der Neue Materialien Bayreuth GmbH beschäftigt sich mit der Entwicklung einer Fertigungsroute für endkonturnah gedruckte Fräskopfrohlinge aus Hartmetall unter Einsatz des Fused Deposition Modeling (FDM). (Bild: NMB)

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.

Problemstellung

Fräswerkzeuge bestehen in der Regel aus einem Grundkörper aus Stahl und einem Fräserkopf 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.

Kooperationsprojekt unter Einsatz des Fused Deposition Modeling (FDM)

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 Prozent ermöglicht. Weitere Ziele des Projekts sind eine Standzeiterhöhung um mindestens zehn Prozent und die Reduzierung der Herstellungskosten um mindestens 30 Prozent.

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 Prozent, einer Senkung der Fertigungskosten um mindestens 30 Prozent und Materialeinsparung von 45 Prozent“ (Förderkennzeichen KK5027509KL). Kooperationspartner sind die Neue Materialien Bayreuth GmbH und die Firmen Klaus Trott und Peter Würtele.