Dr. Boy: 3D-gedruckte Werkzeugeinsätze aus Metall

3D-Formeinsatz im Werkzeugwechselsystem - (Bilder: Dr. Boy).

Werden nur kleine Losgrößen von einem Kunststoffteil benötigt oder befindet sich das Bauteil noch in der Entwicklungsphase kann die moderne 3D-Technologie dabei helfen, Werkzeugkosten einzusparen. Statt aufwändigem Aufbau von teuren Stahlwerkzeugen sind gerade im Prototypenbau und bei den immer individuelleren Gestaltungen der Bauteile flexible und kosteneffiziente Lösungen gefordert.

Direkt oder indirekt
Eine direkte Teileproduktion aus dem 3D-Drucker unterscheidet sich in der Regel jedoch erheblich von einem Spritzgießteil. So können beispielsweise die physikalischen Eigenschaften eines 3D-gedruckten Bauteils von spritzgegossenen Teilen teils erheblich abweichen. Als eine Lösung kommen 3D-gedruckte Formeinsätze zum Einsatz, mit denen sich – eingebaut in ein Kassettenwerkzeug – kosteneffizient Kunststoffteile herstellen lassen.

3D-Formeinsatz im Werkzeugwechselsystem

3D-gedruckte Metall-Formeinsätze

Basierend auf den CAD-Daten des Kunststoffteils lassen sich die Druckdaten der Werkzeug-Formeinsätze entsprechend aufbereiten und 3D-Drucker erstellen die Form. Je nach Größe der Bauteile kann dies bereits in Minuten erfolgen, für größere Konstruktionen sind auch längere Bearbeitungszeiten erforderlich. Dennoch können diese Werkzeug-Formeinsätze üblicherweise wesentlich schneller und kostengünstiger hergestellt werden als ihre stählernen Konkurrenten.

Von der Kunststoff- zur Metallform
In den letzten zwei Jahren werden vermehrt 3D-gedruckte Formeinsätze aus Kunststoff im Werkzeugbau der Kunststoff verarbeitenden Industrie eingesetzt. Niedrige Werkzeugkosten durch 3D-gedruckte Formeinsätze sowie die schnelle Umsetzung von Änderungen gelten als Vorteile für die Anwender. Ein Wermutstropfen ist bei diesen Werkzeugen jedoch deren Standzeiten. Höhere Temperaturen der Materialien und große Einspritzdrücke belasten die Formeinsätze deutlicher und die Einsatzzeiten der 3D-gedruckten Formen schwinden. Gerade bei Kleinserien und mittelhohe Stückzahlen wünschen sich viele Anwender daher standfestere Lösungen. Diese können mit der Verwendung von 3D-gedruckten Formeinsätzen aus Metall erzielt werden. Höhere Standfestigkeiten sowie die Möglichkeit einer teils erforderlichen Werkzeugtemperierung / -kühlung sind mit diesen Metall-Formeinsätzen üblicherweise gegeben.

3D-gedruckte Metall-Formeinsätze
Der schichtweise Druck der Formeinsätze aus Kunststoff oder Metall unterscheidet sich jedoch deutlich in punkto Vorbereitung und Planung. Bei den Metall-Formeinsätzen müssen bereits im Vorfeld eine Vielzahl von Randbedingungen zusätzlich berücksichtigt werden. So müssen bei komplexen und stark 3D-dimensionalen Teilen Temperierkanäle und deren Anschlüsse bereits bei der Planung der Formeinsätze vorgesehen werden. Ebenso muss bei den metallisch gedruckten Werkzeugen die Trennebene noch bearbeitet werden, denn die Struktur der Formteiloberfläche ergibt sich aus dem Druckvorgang. Für die Erreichung einer definierten bzw. gewünschten Oberfläche ist daher dieser zusätzliche Bearbeitungsschritt erforderlich.

Montierter Metall-Formeinsatz

Montierter Metall-Formeinsatz

Ist der technologische und monetäre Aufwand der 3D-gedruckten Formeinsätze für kleine Stückzahlen überschaubar und wesentlich effizienter als die herkömmlichen Stahlwerkzeuge, trifft dies bei Metall-Formeinsätzen je nach deren Aufbau und Komplexität nicht derart voll umfänglich zu. Bereits bei der Auslegung der Werkzeuge bzw. der Metall-Formeinsätze sollte die Entscheidung zu einem Metall-Formeinsatz oder zu einem herkömmlichen Aluminium- oder Stahlwerkzeug getroffen werden. Dem Konstrukteur sollten daher die Potenziale der 3D-Technologie geläufig sein, um anhand der zusätzlichen Möglichkeiten den besten Weg zu einem guten und günstigen Werkzeug zu gehen.

Die Anwendung von 3D-gedruckten Werkzeugeinsätzen aus Metall hat Dr. Boy auf der Fakuma 2017 in Friedrichshafen auf seinem Messestand demonstriert.

Weitere Informationen: www.dr-boy.de

Dr. Boy GmbH & Co. KG, Neustadt-Fernthal

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