Forschungsprojekt Nextmould

Meinolf Droege,

Additiv gebaute Aluminiumwerkzeuge für die Serie

Das Forschungsprojekt Nextmould soll Werkzeugbauer fit für die Zukunft machen. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist das Erarbeiten von Designrichtlinien sowie einer Methode zur additiven Herstellung von Serien‐Aluminium‐Hybrid‐Spritzgießwerkzeugen mit hochverschleißfester Oberfläche.

Additiver Aufbau von Werkzeugstrukturen ist ein Entwicklungsansatz im Projekt Nextmould. © TU Ilmenau

„Wir wollen mit dem Projekt einen kleinen Meilenstein in der Branche setzen“, bekräftigt Thomas Seul, Professor für Fertigungstechnik und Werkzeugkonstruktion an der Hochschule Schmalkalden. Thomas Seul, der auch Präsident des VDWF (Verband Deutscher Werkzeug- und Formenbauer) ist, hat das Projekt Nextmould gemeinsam mit dem Kunststoff-Cluster initiiert.

Schnellere und flexiblere Produktion und Entwicklung, höhere Wirtschaftlichkeit, Qualitätssteigerung, Ressourcenschonung, höhere Energieeffizienz oder das Erschließen neuer Marktfelder sind Herausforderungen, denen sich die Werkzeugbauer stellen müssen. Eine Voraussetzung, um im internationalen Wettbewerb weiter bestehen zu können, ist, Know-how zu neuen Technologien und Werkstoffen aufzubauen. Im Projekt sollen für den Werkzeugbau die Vorteile der additiven Fertigung mit denen des Lichtbogen- und Rührreibschweißens und den Materialvorzügen von Aluminium und Aluminiumlegierungen, aber auch Stahlkombinationen, verbunden werden.

Der Werkstoff Aluminium wird im Werkzeugbau meist nur für Prototypenwerkzeuge oder einfache Formen eingesetzt. Wenige Unternehmen nutzen Aluminium zur Herstellung von Serienwerkzeugen, obwohl er den Bau von kostengünstigeren Werkzeugen mit sehr guten thermischen Eigenschaften ermöglicht. Im Projekt forscht die Fachhochschule Wels an Beschichtungen zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit. Getestet werden Verfahren wie Eloxieren, Galvanik und per Plasmatechnik abgeschiedene „dicke“ Hartstoffschichten. Das Verhalten der auf Aluminium erzeugten Oberflächen im Spritzgießprozess soll mindestens gleichwertig oder besser dem der Formen aus Stahlwerkstoffen werden.

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Additive Fertigungsverfahren haben im Werkzeugbau noch eher geringe Bedeutung. Der Einsatz beschränkt sich beim MIG-Schweißen (Metallschweißen mit inerten Gasen) auf Plattieren und Auftragsschweißen, sowie bei pulverbettbasierten Verfahren auf kleinere Teile, die nur relativ langsam, beziehungsweise meist teuer hergestellt werden können. Um schnell große, kostengünstige, aber auch komplexe Geometrien herzustellen, ist die additive Fertigung mit WAAM (Wire-arc Additive Manufacturing – Lichtbogenschweißen) für den Werkzeugbau interessant. Die Möglichkeiten untersucht die Technischen Universität Ilmenau gemeinsam mit Fronius, dem österreichischen Unternehmen für Schweißtechnik.

Manfred Schörghuber, Forschung und Entwicklung bei Fronius über die Vorteile für den Werkzeugbau: „Additiv geschweißte Strukturen haben den Vorteil des einfachen Aussparens von Material im Spritzguießwerkzeug für Kühlzwecke oder zur Gewichtsreduktion. Weiteres Potenzial entsteht in der vielfältigen Konturgestaltung bei gleichzeitiger Ressourcenschonung mit dem Ausgangsmaterials Drahtspule anstatt großer Grundwerkstoffklötze mit viel Zerspanungsaufwand und nachfolgendem Recycling der Späne.

Projektpartner im Projekt Nextmould sind die Hochschule Schmalkalden (Angewandte Kunststofftechnik), die TU Ilmenau (Fachgebiet Fertigungstechnik), die FH Oberösterreich Forschungs und Entwicklungs GmbH, die Forschungsgemeinschaft Werkzeuge und Werkstoffe und der Kunststoff-Cluster. Im Nutzer-Komitee sind 19 österreichische und deutsche Unternehmen vertreten und profitieren von den gemeinsamen Forschungsergebnissen.

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