AM von WC-Co Additive Fertigung von Zerspanwerkzeugen aus Wolframkarbid-Kobalt

 

Die laserbasierte additive Fertigung (AM) von Werkzeugen aus WC-Co-Hartmetall wurde bisher wenig untersucht. Bislang wurde WC-Co additiv mit hohen Anteilen der Kobaltbinderphase (> 10 %) hergestellt. In den meisten industriellen Anwendungen werden Hartmetallwerkzeuge mit einem hohen Binderanteil jedoch nicht eingesetzt, da der Verschleißwiderstand dadurch stark reduziert wird und dies zu unwirtschaftlichen Zerspanprozessen aufgrund geringer anwendbarer Prozessparameter führt. Derzeit stehen der industriellen Anwendung additiv hergestellter Hartmetallwerkzeuge darüber hinaus eine unzureichende Qualität hinsichtlich Dichte, Rissfreiheit und Anbindung entgegen. Das Verfahren bietet jedoch Vorteile, wie eine endkonturnahe Fertigung und Geometriefreiheit. Insbesondere die mögliche Realisierung von innenliegenden, konturangepassten Kühlkanälen führt zu einer verbesserten Kühlung und Schmierung, wodurch die Schnittgeschwindigkeit und die Produktivität des Zerspanprozesses deutlich gesteigert werden kann.

Im Projekt wird die endkonturnahe laserbasierte additive Fertigung von Zerspanwerkzeugen aus WC-Co mit innenliegenden konturangepassten Kühlkanälen durchgeführt. Ziel ist es, eine Leistungsfähigkeit zu erreichen, die mindestens der von gesinterten Zerspanwerkzeugen entspricht. Der primäre werkstofftechnische Ansatz ist dabei die Homogenität und Dichte des Gefüges im Vergleich zu den bisherigen mittels AM hergestellten WC-Co Hartmetallen zu verbessern und die Bildung von Sprödphasen zu minimieren. Für die Zielerreichung ergänzen sich die Kompetenzen der drei beteiligten Forschungseinrichtungen.

Die Aufgabe des Fraunhofer ILT ist es, die Prozesstechnik zum laserbasierten additiven Aufbau der Zerspanwerkzeuge zu erarbeiten. Unter anderem sollen neue Vorheizkonzepte mit einer direkten Heizung des Pulverbetts untersucht werden. Die Aufgabe des IWM der RWTH Aachen University ist es, die Mikrostruktur und die mechanischen Eigenschaften der additiv gefertigten Hartmetalle zu charakterisieren und mit den Verfahrensparametern des AM zu korrelieren, um daraus Rückschlüsse für die Anpassung des AM zu ziehen. Die Aufgabe des WZL der RWTH Aachen University ist eine Nachbearbeitungsmethodik für die additiv gefertigten Zerspanwerkzeuge zu entwickeln und in zerspantechnologischen Untersuchungen die Zerspaneigenschaften zu bestimmen und zu interpretieren. Hieraus sollen wiederum Rückschlüsse auf die Fertigungsparameter des AM gezogen werden. Als Referenz dienen Versuche mit konventionell gefertigten Zerspanwerkzeugen. Durch die Beteiligung der drei Institute mit ihren spezifischen projektrelevanten Kompetenzen (Prozess – Werkstoff – Zerspanung) bildet das Vorhaben die laserbasierte additive Fertigung von Zerspanwerkzeugen aus WC-Co vom Pulverwerkstoff bis zur Funktionsprüfung ab.