Werkzeuge aus dem Drucker

Das Fraunhofer-Institut IKTS zeigt beim pulvermetallurgischen Kongress World PM 2016 erstmals Hartmetallwerkzeuge, die im 3D-Druck hergestellt werden. Deren Qualität soll der von konventionell gefertigten Werkzeugen in nichts nachstehen.

06. Oktober 2016

Das Fraunhofer-Institut IKTS (Keramische Technologien und Systeme) präsentiert auf der World PM 2016 in Hamburg erstmalig additiv gefertigte Hartmetallteile. Die sollen in Sachen mechanischer und chemischer Beständigkeit, Warmfestigkeit und vor allem Härte den in anderen Verfahren hergestellten Werkzeugen ebenbürtig sein. Vorteil des 3D-Drucks ist die sehr große Gestaltungsfreiheit.

Das in Dresden und Hermsdorf (Thüringen) ansässige Institut hat bisher Schneid-, Bohr-, Press- und Stanzwerkzeuge aus Hartmetall mittels Trockenpressen, Extrusion und Spritzgießen sowie der spanenden Formgebung gefertigt. Komplexe Geometrien, wie helixförmige oder mäandrierende Kühlkanäle im Inneren des Bauteils, sind im traditionellen Werkzeugbau jedoch oft nur teuer oder gar nicht realisierbar.

Hierbei ist die hohe Gestaltungsfreiheit im 3D-Druck von Vorteil. Zugeständnisse bei den Werkzeugeigenschaften sind bei Herstellung in additiven Verfahren nicht erforderlich. Hartmetalle bestehen aus einem keramischen Hartstoff, wie zum Beispiel Wolframcarbid und einer zähen Bindermatrix aus Kobalt und Nickel oder Eisen. Durch die gezielte Variation der Bindermatrix werden Biegebruchfestigkeit, -zähigkeit und Härte individuell eingestellt – je geringer der Binderanteil im Hartmetall, desto härter das Bauteil. Die am Fraunhofer IKTS gefertigten Prototypen haben einen Bindergehalt von zwölf oder siebzehn Masseprozent und zeigen ein der konventionellen Herstellungsweise vergleichbares Gefüge.

"Durch den Einsatz des 3D-Drucks zur Herstellung von komplexen Grünkörpern und dem anschließenden Sintern unter herkömmlichen Sinterbedingungen erreichen wir Bauteile mit einem typischen Hartmetallgefüge bei hundertprozentiger Dichte. Darüber hinaus ist es gelungen, eine homogene Kobaltverteilung einzustellen, die für vergleichbare Qualitäten sorgt wie bei konventionell hergestellten Hochleistungswerkzeugen", erläutert Johannes Pötschke, Gruppenleiter "Hartmetalle und Cermets" am Fraunhofer IKTS. Das IKTS will nun Hersteller und Anwender von Hartmetallwerkzeugen bei der Auswahl der Werkstoffe sowie bei der produktspezifischen Weiterentwicklung des 3D-Drucks unterstützen.