GENIAL - Generative Fertigung von Extrusionswerkzeugen aus Hartmetall

Der Einsatz von Werkzeugen aus Vollhartmetall anstelle von Beschichtungen ist bei der Herstellung von Extrusionsprodukten ein alternativer Ansatz zur Standzeiterhöhung der Werkzeuge. Im Verbundprojekt 'Genial' wurde das Ziel verfolgt, komplexe Werkzeuge aus Hartmetall für die Extrusion von Kunststoffprofilen durch endformnahes Urformen herzustellen. Hierzu wurden in einem iterativen Austausch zwischen Werkstoffmodifikation, Prozessentwicklung und Einsatz der Werkzeuge die generativen Fertigungsverfahren 3D-Drucken und Lasersintern für die Verarbeitung von Hartmetall (Wolframkarbid-Kobalt) qualifiziert. Bei den durch 3D-Drucken als Grünkörper gefertigten WC-Co-Körper stellten sich während der Nachverdichtung Schwindungen ein. Eine endformnahe Fertigung von geometrisch komplexen WC-Co-Extrusionswerkzeugen unter Berücksichtigung industriell üblicher Toleranzen konnte dadurch nicht realisiert werden. Daher wurde das Lasersintern als generatives Fertigungsverfahren für den Aufbau von Extrusionswerkzeugen ausgewählt. Durchgeführte Untersuchungen zum Lasersintern bei Einsatz einer modifizierten Anlage 'M3 linear' der CONCEPT Laser GmbH mit integriertem Nd:YAG-Laser (Laserleistung 100 W) ergaben, dass ein hoher Bindephasenanteil (Kobalt) wie auch ein hoher Energieeintrag zu einer hohen relativen Dichte des WC-Co-Werkstoffverbunds führen. Darüber hinaus konnten bei Einsatz von kleinen Partikelgrößen (0 bis 45 Nm) gesteigerte Dichten erreicht werden. Anhand der CAD-Werkzeugdaten wurde eine Modellierung und Simulation des Extrusionsprozesses durchgeführt. Dadurch konnten geeignete Werkzeuge und Methoden zur Analyse von Standard-Extrusionswerkzeugen identifiziert und partiell validiert werden. Unter Berücksichtigung der Simulationsergebnisse wurden WC-Co-Komponenten für die Extrusionswerkzeuge lasergesintert und unter industriellen Produktionsbedingungen getestet. Ziel der Versuche war die Untersuchung des Druckaufbaus, der Gleiteigenschaften, Ausformung und Qualität des Extrusionsprodukts. Die Versuche ergaben, dass im Besonderen bei den drahterodierten Werkzeugen die Oberflächenqualität nicht ausreicht, um die Fertigung von polymeren Gutteilen durch Extrusion sicherzustellen.