Prozessmodell für die werkzeugfreie Herstellung metallischer Bauteile mit dem Arburg-Freiform-Verfahren

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Jürgen Fleischer
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 274091127

Das Vorhaben Prozessmodell für die werkzeugfreie Herstellung metallischer Bauteile mit dem Arburg-Freiform-Verfahren beschäftigt sich mit der Erweiterung des konventionellen Metallpulverspritzguss (MIM) Prozesses durch die Verwendung von metallischen Feedstock bei dem Arburg-Freiform-Verfahren zu einem flexiblen MIM Prozess. Dies stellt einen neuen Ansatz bei der generativen Fertigung metallischer Bauteile dar. Aufgrund seiner ähnlichen Anlagentechnik zur konventionellen Spritzgussmaschine bietet das Arburg Freiformverfahren großes Potential hinsichtlich der Bauteilqualität (Formtreue und mechanische Eigenschaften), aber auch durch den Verzicht auf formgebende Werkzeugformen Potentiale bezüglich der Wirtschaftlichkeit. Aufgrund der Neuartigkeit des Arburg Freeformer Anlagenkonzeptes und der Aktualität dieser Neuerscheinung, wurde der Ansatz für den flexiblen MIM Prozess bisher noch nicht untersucht und es liegen demnach keine Empfehlungen zur Prozessgestaltung oder ein Prozessmodell vor. Um die oben genannten Potentiale nutzbar zu machen, sollen über statistisch geplante Versuchsreihen (DoE) die Einflüsse und Wechselwirkungen der Werkstoff-, Prozess- und Düsengeometrieparameter beim flexiblen MIM Prozess zur Herstellung metallischer Bauteile aus dem Werkstoff 17-4PH, welcher aufgrund seiner weiten Verbreitung in der Industrie als repräsentativ anzusehen ist, untersucht und daraus ein Prozessmodell entwickelt werden. Dazu werden zwei sequentielle Versuchsreihen mit unterschiedlichen Probengeometrien durchgeführt. In der ersten Versuchsreihe werden die Einflüsse und Wechselwirkung der Werkstoff-, Prozess- und Düsengeometrieparameter auf die Zielgrößen Formtreue (Maßhaltigkeit, Ebenheit und Rauheit) und mechanischen Eigenschaften (Zugfestigkeit, Härte und Dichte) anhand von Zugproben und Würfeln ermittelt. Diese Geometrien verfügen über einfache Geometriespezifikationen (keine komplexen Übergänge) und erlauben die Ermittlung bestimmter mechanischer Kennwerte (z.B. Zugfestigkeit, Dichte) weswegen sie sich für die Erstellung eines Basis-Prozessmodells eignen. In der zweiten Versuchsreihe wird anhand einer komplexen Geometrie, einem Zahnrad, welches über komplexe Geometriespezifikationen (Zahnflankenkurven) verfügt, das bestehende Prozessmodell validiert (Untersuchung der bisheriger Zielgrößen) und erweitert (Untersuchung der neuen Zielgrößen Maßhaltigkeit der Zahnflankenkurven). Die Wahl der Faktorstufen für die zu variierenden Parameter leitet sich dabei aus den Ergebnissen der ersten Versuchsreihe ab. Als Ergebnis sollen neben prozessbeschreibenden Modellgleichungen für den flexiblen MIM Prozess, auch Empfehlungen für Werkstoff-, Prozess- und Düsengeometrieparameterwahl für künftige Anwendungen oder Werkstoffe vorliegen. Die angestrebten Ergebnisse sollen die Grundlage für Prozessverständnis und Prozessoptimierungen bilden, welche sich letztlich in einer hohen Bauteilqualität widerspiegeln werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen