Der Coro Mill 390 Light Weight mit dem Silent-Tools-Fräsadapter. © Sandvik Coromant

Die Wahl des richtigen Pulvers spielt ebenfalls eine wichtige Rolle, da dessen Qualität und Eigenschaften die Beschaffenheit des Bauteils stark beeinflussen. Dabei müssen drei Hauptaspekte berücksichtigt werden: die Auswahl des Rohmaterials, die Partikelgröße und die Morphologie. Derzeit gibt es fünf große Legierungsgruppen, die in additiven Verfahren zum Einsatz kommen: Stahl, Kobalt-Chrom, Nickel, Aluminium und Titan. Sandvik als ein Hersteller von Metallpulvern für die additive Fertigung bietet hier ein breites Legierungsprogramm – inklusive kundenindividueller Materialien.

Druckverfahren im Überblick

Alle additiven Fertigungsprozesse zeichnen sich durch eine schichtweise Herstellung von dreidimensionalen Objekten aus, aber die Produktionstechniken unterscheiden sich. Dabei lassen sich die Druckverfahren entweder nach ihrer Energiequelle oder nach der Art, wie das Material zusammengefügt wird, klassifizieren – beispielsweise per Laser oder Bindemittel. Sandvik verfügt über alle relevanten Druckverfahren für Metallpulver im eigenen Haus.

Die Pulverbettfusion nutzt entweder einen Laser- oder Elektronenstrahl, um das Pulver zu schmelzen und zu verbinden. Der Vorgang wird so lange Schicht für Schicht wiederholt, bis die letzte Schicht geschmolzen und die Bauteile komplett sind. Diese werden daraufhin von der Bauplatte entfernt und nach Bedarf nachbearbeitet. Pulverbettfusionsverfahren eignen sich für eine Vielzahl an Materialien und Anwendungen, da die Teile in der Regel eine hohe Festigkeit aufweisen und es zahlreiche Methoden der Nachbearbeitung gibt.

Beim Bindemittelverfahren werden ein pulverbasiertes Material und ein meist flüssiges Bindemittel verwendet, das als Klebstoff zwischen den Pulverschichten wirkt. Ein Druckkopf bewegt sich horizontal und bringt abwechselnd Schichten des Baumaterials und des Bindemittels auf. Nach jeder Schicht wird das zu druckende Objekt mitsamt seiner Bauplattform abgesenkt. Das so entstehende Objekt ist in einem Grünzustand und erfordert eine Nachbearbeitung, bei der der Grünkörper in einem Ofen ausgehärtet wird, um das Lösungsmittel aus dem Bindemittel zu entfernen. Schließlich wird das Teil entbindert und in einem Sinterofen auf annähernd vollständige Dichte gesintert.

Um die passenden Merkmale wie Oberflächengüte, geo-metrische Genauigkeit und mechanische Eigenschaften zu erreichen, benötigen fast alle additiv gefertigten Komponenten eine Form der Nachbearbeitung. Zum Beispiel eine Wärmebehandlung, die Trennung der Komponente von der Tragkonstruktion und der Bauplatte, Zerspanung, Oberflächenbehandlung sowie Prüfung und Zertifizierung.

Währenddessen können Innenflächen, wie Innenkühlkanäle, per abrasiver Strömungsbearbeitung poliert werden.

Additive Fertigung als Enabling Technology

Aufgrund des Wissens entlang der Wertschöpfungskette  – von der Topologie über das Pulver bis zu Fertigung und Nachbearbeitung  – konnte Sandvik Coromant seinen ersten additiv gefertigten Werkzeugkörper auf den Markt bringen. Der Coro Mill 390 Light Weight ist ein Beispiel dafür, wie dieses Verfahren in Kombination mit einer optimierten Materialauswahl eingesetzt werden kann, um komplexe Formen und innenliegende Bauteilmerkmale zu erzeugen. In diesem Fall wurde ein Werkzeug realisiert, das 80 Prozent leichter ist, als subtraktive Methoden es erlauben würden. Dies ermöglicht ein kompakteres Design, wodurch in Kombination mit einem Silent-Tools-Fräsadapter der Abstand zwischen Dämpfer und Schneide verkürzt und die Prozesssicherheit beim Fräsen mit langen Überlängen verbessert werden kann.

Das Werkzeugdesign ist das Ergebnis zahlreicher Durchläufe. Unterschiedliche Topologien und Materialien – letztendlich mit einem Wechsel von einer Stahl- zu einer Titanlegierung – konnten mittels des Pulverbettfusionsverfahrens schnell hergestellt und so das Gewicht auf ein Minimum reduziert werden. Insgesamt stehen wir alle am Anfang einer spannenden Entwicklung, weil wir lernen, Produkte auf eine ganz neue Art und Weise zu entwerfen und fertigen. Doch es wird nie Technologie um der Technologie willen sein. Vielmehr wird sich auch Sandvik Coromant bei jedem neuen Schritt fragen, wie die additive Fertigung einen Mehrwert für seine Kunden schaffen kann. Und wo es keinen Sinn ergibt, es auch nicht verfolgen.

Ganz sicher wird die additive Fertigung zu neuartigen Produkten führen, die man sich heute noch nicht einmal vorstellen können. Für Unternehmen verspricht das eine wirklich spannende Zukunft.

Der Autor:

Thomas Wikgren, Manager Product Application Management bei Sandvik Coromant