Das virtuelle Produktionslabor der Rheinischen Hochschule Köln

Durch den Einsatz additiver Fertigungsverfahren können Werkzeugkörper deutlich leistungsfähiger gestaltet werden. Zu den zentralen Vorteilen zählen:

Optimierte Kühlkonzepte: Integrierte, frei gestaltbare Kühlkanäle verbessern Wärmeabfuhr und Prozessstabilität
Angepasste Material- und Struktureigenschaften: Lokale Variation von Steifigkeit, Dämpfung oder Wärmeleitfähigkeit
Designfreiheit für makrogeometrische Elemente: Optimierte Werkzeuggeometrien für erhöhte Zerspanleistung und Standzeit
Endkonturnahe Fertigung: Deutliche Verkürzung von Entwicklungszeiten und Reduktion der Kosten für Prototypen und Sonderwerkzeuge

Für die Werkzeugtechnik ist die Erweiterung des PBF-LB/M-Materialportfolios um kohlenstoffreiche Werkzeugstähle besonders relevant, da diese in der konventionellen Fertigung Standardwerkstoffe sind. Ihre additive Verarbeitung ist jedoch herausfordernd. Die PBF-LB/M-Verarbeitung kohlenstoffreicher Werkzeugstähle führt aufgrund von termisch induzierten Eigenspannungen, martensitischer Umwandlung und hoher Kaltrissneigung häufig zu Rissen und Gefügedefekten.

Das durch die AiF geförderte IGF-Forschungsprojekt „AddKoSt“ hat daher die Optimierung der mittels PBF-LB/M erzeugbaren Gefüge kohlenstoffreicher Werkzeugstähle für die additive Fertigung von Werkzeughaltern, -grundkörpern und -spannmitteln zum Ziel. Das Vorhaben verfolgt eine ganzheitliche Betrachtung der Prozesskette, bestehend aus PBF-LB/M und Post-Processing, um den Aufwand für Wärmebehandlung und mechanische Endbearbeitung zu minimieren.

Konkrete Forschungsinhalte sind:

Gezielte Steuerung der Gefügebildung:
Optimierte Temperaturführung im Bauprozess zur Reduktion von Eigenspannungen und zur Beeinflussung der martensitischen Transformation
Topologische und geometrische Optimierung:
Verbesserung von Oberflächengüte, Maßhaltigkeit und Formgenauigkeit additiv gefertigter Bauteile
Anwendungstests:
Untersuchung applikationsoptimierter Werkzeugdemonstratoren unter realistischen Einsatzbedingungen

Die Projektdurchführung wird unterstützt durch den Arbeitskreis Präzisionswerkzeuge des VDMA. Ein projektbegleitender Ausschuss mit 16 Industrieunternehmen sichert die praxisrelevante Ausrichtung der Forschungsarbeiten. Die Arbeiten werden gemeinsam mit dem Lehrstuhl Werkstofftechnik der RUB (Ruhr-Universität Bochum) durchgeführt.