Fertigung von individuellen Umformteilen mit geringen Stückzahlen durch in generativen Verfahren hergestellte Umformwerkzeuge
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die durchgeführten Arbeiten gliedern sich in drei Bereiche: Simulationsstudie zur Formeinsatzoptimierung, Fertigung der Formeinsätze und experimentelle Umformuntersuchungen. Anhand der durchgeführten Simulationsstudie (Umformsimulation, Strukturoptimierung und Gießsimulation) konnte gezeigt werden, dass mit einer optischen Vermessung gewonnene und in das STL-Format umgewandelte Geometriedaten ohne den Einsatz einer Flächenrückführung unmittelbar weiterverarbeitet werden können. Im Gegensatz zu aus CAD-Konstruktionen abgeleiteten STL-Daten, müssen jedoch andere Methoden angewandt werden. Die Eignung der Rapid-Technologie zur endkonturnahen Fertigung von formgebenden Werkzeugeinsätzen für die Blechbauteilfertigung ist kritisch zu beurteilen: Bei kleinen Werkzeugeinsätzen Konnten mit den ausgewählten Rapid-Prototyping-Verfahren die notwendigen Fertigungstoleranzen eingehalten werden, bei größeren Werkzeugeinsätzen nicht. In den Umformversuchen zeigten die mittels Selektivem Laser-Sintern (SLS) hergestellten Kunststoffeinsätze aus glasfaserverstärktem Polyamid die besten Ergebnisse. Die Eignung von Kunststoffeinsätzen für die Blechbauteilfertigung im Kleinserienbereich und für den Prototypenbau konnte dargelegt werden. Für die Untersuchungen wurde ein modulares Werkzeug verwendet, bei dem der Stempel und die Matrize im Formgebungsbereich zweigeteilt aufgebaut sind. Der Übergang zwischen den beiden Formbereichen bildete sich im Blechbauteil ab, wenn für die Formmodule Werkstoffe mit unterschiedlichen E-Moduli verwendet wurden, z.B. Kunststoff und Stahl. Daraus lässt sich schlussfolgern, dass die Abbildung im Blechbauteil umso deutlicher ausfällt, je stärker sich die E-Moduli unterscheiden. Daher sollte für die Fertigung von Außenhautteilen ein Werkstoffmix im Formgebungsbereich vermieden werden. Die Herstellung von glasfaserverstärkten Kunststoffeinsätzen mittels SLS weist zwei entscheidende Nachteile auf: Die Fertigungsgenauigkeit nimmt mit zunehmender Größe des Werkzeugeinsatzes ab und die Kosten sind aufgrund des Verfahrens und des benötigten Ausgangsmaterials (Kunststoffpulver) hoch. Nach dem heutigen Stand der Technik scheint es daher aus wirtschaftlicher und fertigungstechnischer Sicht zielführender, Kunststoffeinsätze spanend durch HSC-Fräsen aus einem Kunststoffblock herzustellen. Es wird entartet, dass neben der Senkung der Kosten und der Erhöhung der Fertigungsgenauigkeit die Einsätze eine höhere Standzeit erreichen können. Die Kunststoffblöcke werden gegossen und können deshalb längere Glasfasern enthalten als aus Kunststoffpulver aufgebaute Bauteile. Zudem entfällt die Einschränkung durch die maximale Bauraumgröße der Laser-Sinteranlage. Aus den dargelegten Gründen ist es sinnvoll, in zukünftigen Arbeiten die Eignung von gefrästen Kunststoffeinsätzen für die Einzel- bis Kleinserienfertigung von Blechbauteilen unterschiedlicher Dimensionen näher zu untersuchen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Rapid Tooling - Umformwerkzeuge für individuelle Blechteile Münchener Kolloquium 2006, Tagungsband, Herbert Utz Veriag GmbH, München, 2006.
Stanchev, S.
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Individuelle Umformteile durch direkte und indirekte generative Verfahren im Werkzeugbau Münchener Kolloquium 2007, München, 2007.
Brummer, M.
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Fertigung individueller Umformbauteile durch den Einsatz generativer Verfahren im Werkzeugbau Münchener Kolloquium 2008, München, 2008.
Brummer, M.
