HM-Tool_3D

Werkstoff- und prozesstechnische Optimierung lasergeschmolzener Hartmetallgefüge zur additiven Herstellung von Zerspanwerkzeugen

Das Forschungsprojekt HM-Tool_3D beschäftigt sich mit der werkstoff- und prozesstechnischen Weiterentwicklung additiv gefertigter Hartmetalle für den Einsatz in der Zerspanwerkzeugtechnik. Additive Fertigungsverfahren wie das pulverbettbasierte Laserstrahlschmelzen bieten erweiterte Gestaltungsmöglichkeiten für komplexe, endkonturnahe Werkzeugrohlinge. Obwohl sich diese Potenziale bei einigen Werkzeugstählen bereits industriell nutzen lassen, ist die Verarbeitung klassischer WC-Co Hartmetalle im PBF-LB/M-Prozess bislang kaum möglich. Die dabei entstehenden Gefüge weisen noch deutliche Unterschiede zu konventionell gesinterten Hartmetallen auf, beispielsweise erhöhte Porosität, heterogene Mikrostrukturen oder lokales Kornwachstum, was die Leistungsfähigkeit und den Einsatz additiv erzeugter Hartmetalle derzeit limitiert.

HM-Tool 3D setzt hier an und untersucht, wie sich Hartmetallgefüge durch eine kombinierte Prozessroute aus additiver Fertigung und thermischer Nachverdichtung optimieren lassen. Dabei spielen sowohl prozesstechnische Aspekte – etwa die Vorwärmung des Pulverbettprozesses, die Wahl geeigneter Laserparameter oder die Gestaltung der Belichtungsstrategien – als auch werkstoffkundliche Fragestellungen eine zentrale Rolle. Ergänzend zur Bearbeitung klassischer WC-Co- oder WC-Ni-Sorten werden auch alternative Binder- und Hartstoffsysteme, darunter WC-Ni und TiC- bzw. TiN-basierte Cermets, untersucht, die aufgrund ihrer thermischen Stabilität und ihres Phasenverhaltens vielversprechende Ansätze für die additive Verarbeitung darstellen.

Durch diese zweigleisige Betrachtung sollen sowohl die Gefügequalität als auch die mechanische Performance additiv erzeugter Hartmetallstrukturen verbessert werden. Gleichzeitig wird analysiert, wie der nachgelagerte Sinter-HIP-Prozess gestaltet werden muss, um die notwendige Verdichtung zu erreichen und geometrische Verzüge zu vermeiden – ein Aspekt, der insbesondere für endkonturnahe Werkzeuggeometrien entscheidend ist. Die gewonnenen Erkenntnisse fließen anschließend in die Entwicklung additiv gefertigter Werkzeuggrundkörper und schneidender Demonstratoren ein, die im Labor und bei Industriepartnern getestet werden.

Für die Werkzeugbranche, insbesondere für mittelständische Unternehmen, eröffnet das Projekt damit die Möglichkeit, hochleistungsfähige Hartmetallwerkzeuge mit neuartigen Geometrien und optimierten Strukturen zu realisieren. Darüber hinaus schafft die Erweiterung des prozessierbaren Materialspektrums im PBF-LB/M-Verfahren die Grundlage für innovative Sonderwerkzeuge und eine flexiblere, ressourceneffizientere Werkzeugproduktion. Durch die enge Einbindung eines projektbegleitenden Ausschusses aus Industrieunternehmen ist sichergestellt, dass die Forschungsarbeiten praxisnah ausgerichtet sind und die Ergebnisse unmittelbar in industrielle Entwicklungen überführt werden können.