Neue Methode Laser verlängert Einsatzdauer von Druckguss-Werkzeugen

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Druckguss-Werkzeuge sind relativ teuer, thermisch hoch belastet und bestimmen die Qualität der damit hergestellten Teile. Forscher haben nun herausgefunden, wie die Lebensdauer per Laser erhöht werden kann.

Beim Druckgussprozess wirken Temperaturen von bis zu 700 °C auf die teure Gussform, die locker einen 6-stelligen Betrag kostet, während sie gleichzeitig mechanischen Kräften von mehreren hundert Kilonewton ausgesetzt ist. Hinzu kommen abrasive Belastungen an der Werkzeugoberfläche und chemische Angriffe durch Legierungselemente in der Metallschmelze. Thermische Spannungen und Materialermüdung sind es schließlich, die zu Rissbildung, Erosion und abrasivem Verschleiß führen, wie die Experten vom Fraunhofer-Institut für Lasertechnik (ILT) aus Aachen wissen. Und selbst mit optimaler Auslegung und sorgfältiger Fertigung der Formen ist der Verschleiß ein unvermeidlicher Effekt, der irgendwann einfach zu einem Neuen Werkzeug zwingt. Tritt dieser Fall auch noch unvorhergesehen ein, geht das ziemlich ins Geld.

Hochlegierte Werkzeugstähle stoßen an ihre Grenzen

Die wirtschaftliche Bedeutung von möglichst langlebigen Druckgussformen ist also erheblich. Denn jeder Werkzeugausfall bedeutet ja auch einen Produktionsstillstand, zusätzliche Rüstzeiten und mitunter das Anfertigen neuer Einsätze oder gar komplett neuer Werkzeuge. Hinzu komme der steigende Druck, die Formen nicht nur wirtschaftlich, sondern auch nachhaltig herzustellen und zu betreiben. In einer Branche, in der jede Minute Produktionszeit zähle, brauche man also Verfahren, die Werkzeug-Lebenszyklen verlängerten, Ausfallzeiten verringerten und Produktionsprozesse ökologisch optimieren könnten. Dr. Thomas Schopphoven, Abteilungsleiter Laserauftragschweißen beim Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT in Aachen, weiß außerdem, dass der klassische Ansatz, der hochlegierte Werkzeugstähle bedeutet, so langsam an seine physikalischen Grenzen stößt. Denn höhere Härten und Verschleißbeständigkeit bedeuten auch eine aufwendigere Verarbeitung, lange Lieferzeiten und hohe Rohstoffkosten. Und außer zum Aspekt Standzeit, stiegen auch die Ansprüche an die Flexibilität in der Werkzeugherstellung. Produktmodifikationen erforderten etwa regelmäßig Änderungen an den Formeinsätzen, am Anguss- und am Kühlsystemen, was zusätzliche Herausforderungen für den Werkzeugbau bedeutet.

Der Laser nimmt sich den herrschenden Herausforderungen an

Die Suche nach Alternativen für Druckguss-Werkzeuge muss deshalb den Blick über den Tellerrand der bisherigen Strategien hinaus schweifen lassen, heißt es. Konventionell bestehen Werkzeuge ja auch nur aus einem Werkstoff, was ihre Leistungsfähigkeit aber begrenzt und ihre Reparatur erschwert. Innovative Fertigungsverfahren wie Laser Material Deposition (LMD) – also der Lasermaterialauftrag – ermöglichten dabei aber nicht nur die Reparatur von Werkzeugen, sondern auch die selektive Beschichtung besonders belasteter Bereiche, sowie die flexible Anpassung von Geometrien durch hybrid-additive Fertigungsstrategien. So könnten die Formen für den Druckgussprozess länger genutzt, schneller angepasst und auch noch ressourcenschonender betrieben werden, wie das ILT betont. Nicht zuletzt in einer Zeit, in der die Kreislaufwirtschaft auch im industriellen Werkzeugbau zunehmend an Bedeutung gewinnt, besteht mit dem Laser nun ein enormes zukunftsweisendes Potenzial, die Herausforderungen zu meistern, wie die Forscher glauben.

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