Der 3D-Druck ermöglicht komplexe Geometrien von Hartmetallwerkzeugen, ist aber hinsichtlich Härte und Bauteilgröße eingeschränkt. Hartmetalle bestehen aus den Metallbindern Nickel oder Cobalt und dem Hartstoff Wolframcarbid. Aus ihnen wurden bislang bereits zuverlässige Schneid-, Bohr-, Press- und Stanzwerkzeuge extrudiert, spritzgegossen oder über uniaxiales beziehungsweise kaltisostatisches Pulverpressen gefertigt. Komplexe oder spezifische Geometrien sind mit diesen Verfahren trotz teurer Nachbearbeitung jedoch nur sehr aufwendig oder gar nicht zu realisieren.
Neues Verfahren erfüllt Anforderungen für den Einsatz in Bearbeitungswerkzeugen
Eine Abhilfe schaffen Additive Verfahren. Der 3D-Pulverdruck (Binder Jetting) und der thermoplastische 3D-Druck (3DTP) wurden am Fraunhofer IKTS bereits mit ausgewählten Hartmetallen eingesetzt.
Allerdings ist bei diesen Verfahren neben der Einstellung des Bindergehalts und der resultierenden Härte auch die Bauteilgröße limitiert.
Das aus der kunststoffverarbeitenden Industrie stammende additive Fertigungsverfahren Fused Filament Fabrication (FFF) wurde am IKTS zunächst auf Keramiken und Verbundwerkstoffe adaptiert. „Durch die materialeffiziente FFF eröffnen sich aber auch für Hartmetalle interessante Möglichkeiten zur Herstellung von großen, komplexen Prototypen oder Sonderwerkzeugen.“, berichtet IKTS-Formgebungsexperte Dr. Tassilo Moritz.
FFF Fertigungsverfahren ermöglicht harte Werkzeuge aus dem 3D-Drucker
Bei der FFF werden 3D-Körper aus einem flexiblen, schmelzfähigen Filament aufgebaut. Das Fraunhofer IKTS ist es gelungen, das für das FFF notwendige Filament aus hartmetallischen Pulvern mit organischen Bindern herzustellen. Je nach Werkstoffgefüge lassen sich über reduzierte Korngröße und Bindergehalt die Härte, Druck- und Biegefestigkeit von Hartmetallen gezielt steigern.
Dr. Johannes Pötschke leitet am IKTS die Gruppe Hartmetalle und Cermets und bestätigt: „Die Filamente können als Halbzeug in Standarddruckern eingesetzt werden und ermöglichen es erstmals, Hartmetalle mit einem sehr geringen Bindergehalt von lediglich acht Prozent und mit feinsten Korngrößen unter 0,8 Mikrometer zu extrem harten Bauteilen mit 1700 HV10 zu verdrucken“.
Das IKTS unterstützt Hersteller und Anwender von Hartmetallwerkzeugen bei der Auswahl geeigneter Werkstoffe sowie bei der produktspezifischen Weiterentwicklung der verschiedenen 3D-Druckverfahren.
