Rapid Tooling bei FKM

Der Begriff Rapid Tooling bedeutet so viel wie „schneller Werkzeugbau“ und ist ein Oberbegriff für verschiedene Verfahren der additiven Fertigung (kurz: AM; Englisch: additive Manufacturing), bei denen Werkzeugbestandteile und -einsätze sowie Hohlformen, beispielsweise für Spritzgussmaschinen, schnell hergestellt werden können. Und genau hier definiert sich der Unterschied zum Rapid Prototyping, einem schnellen Modellbauverfahren von Bauteilen und Objekten. Denn: Beim Rapid Tooling werden ausschließlich Werkzeuge und deren Bestandteile dreidimensional gedruckt.

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„Es ist der Hammer wie kalt das Bauteil aus dem Werkzeug fällt“

Dieses Feedback bekommen wir im Austausch mit unseren Kunden ständig.

Durch unsere genauen Simulationen und den anschließenden Einsatz der Additiven Fertigung (3D Druck) auf Metallbasis können wir den optimalen Verlauf der Temperierkanäle in Spritzgieß- und Druckgusswerkzeugen garantieren.

Dort wo später harter Stahl sein soll, wird das Pulver erschmolzen und dort wo die Hohlräume für die Temperierkanäle entstehen sollen bleibt das Pulver erhalten. Somit ist keine nachträgliche Bearbeitung des Werkzeugs nötig und die Kanäle sind nach dem Fertigungsprozess bereits in das Werkzeug integriert.

Ihre Vorteile durch die konturnahe Kühlung

→ Verringerte Zykluszeiten

→ Bessere Bauteilqualität

→ Additiv gefertigt

Rapid Tooling– unsere Leistungen

FKM Sintertechnik bietet ein breites Leistungsspektrum rund um additive Fertigungsverfahren an, darunter auch das Rapid Tooling. FKM Sintertechnik ist hinsichtlich des schnellen Werkzeugbaus auf das SLM-Verfahren (selective laser melting) zur Herstellung von Werkzeugen und Werkzeugeinsätzen aus Metall fokussiert.

Vorteile von Rapid Prototyping

  • zeit- und materialeffiziente Herstellung von Werkzeug-Prototypen
  • Druck voll funktionsfähiger Werkzeuge
  • komplexe Strukturen und innenliegende Hohlräume realisierbar
  • konturnahe Temperier- und Kühlkanäle integrierbar
  • verringerte Zykluszeiten
  • Gewichtsreduzierung
  • Kostenreduktion im gesamten Prozess der Serienproduktion

Die Vorteile des Rapid Toolings

Aktuell zählt das Rapid Tooling in der industriellen Produktherstellung zu den bedeutendsten Entwicklungen, insbesondere aufgrund der hervorragenden Zeit- und Materialeffizienz. Im Vorfeld einer Serienproduktion galt bislang die Herstellung der dazu nötigen Werkzeuge und Formen als größter Kostenpunkt – sowohl aufgrund der Menge an notwendigem Material als auch aufgrund des hohen Zeitaufwandes. Dank des Rapid Toolings verringern sich diese beiden Faktoren erheblich. Im Gegensatz zur spanenden Verarbeitung fällt beim 3D-Druck kaum Materialabfall an, was eine enorme Kostenersparnis bedeutet. Auch ist der Endpreis nicht mehr abhängig von der Komplexität des zu druckenden Objekts. Ausschließlich das Materialvolumen und die Abmessungen der im 3D-Druck entstehenden Werkzeuge und -einsätze dienen als Berechnungsgrundlage.

Das verweist direkt auf einen weiteren Vorteil des Rapid Toolings: die hohe Konstruktionsfreiheit. Problemlos und ohne Mehraufwand werden dank des dreidimensionalen Schichtbauverfahrens Werkzeuge mit komplexen geometrischen Strukturen und Hohlräumen realisiert. Auch ist die Integration optimierter und konturnaher Kühlkanäle unabhängig von der Geometrie möglich. Im Betrieb verbessert sich so die Kühlleistung des Werkzeugs deutlich. Auch schlägt sich dies positiv in der Verringerung der Zykluszeiten nieder.

Das Rapid-Tooling-Verfahren SLM

Beim Laserschmelzverfahren SLM wird das für Ihr Projekt ausgewählte Metallpulver auf eine Bauplattform in sehr dünner Schichtstärke aufgetragen. Im nächsten Schritt verschmilzt ein Laserstrahl dieses Pulver punktgenau und bedarfsgerecht entlang der vorher per CAD-Programm festgelegten Strukturen. Die Plattform wird anschließend herabgesenkt und es wird eine neue Schicht Pulver aufgetragen. So entsteht Schicht für Schicht das gesamte Objekt. Nicht verschmolzenes, loses Pulver dient während des Druckprozesses der Stabilisierung des Werkzeugs. Im Anschluss wird dieses unverarbeitete Pulver gesammelt und für weitere Tooling-Projekte wiederverwendet. Wünschen Sie eine spezielle Nachbearbeitung, wie beispielsweise eine Beschichtung mit AnoxPro für eine erhöhte Korrosionsbeständigkeit des Werkzeugs, ist dies bei uns ebenso möglich.

Der Fertigungsprozess

Der Prozess des Rapid Toolings läuft bei FKM Sintertechnik in vier Schritten ab – vom Erstgespräch bis zum fertigen Werkzeug.

Erstgespräch

Das Erstgespräch dient dazu, für Ihre Projektidee die optimale Lösung zu finden. Sie erhalten umfassende Informationen zur passenden Materialwahl, zur Umsetzbarkeit sowie bei Bedarf auch zum Thema konturnahe Kühlung.

Simulation am PC

Stehen die Rahmenbedingungen, simulieren wir am PC, wofür das Werkzeug genutzt werden soll und wo Optimierungen notwendig und umsetzbar sind – Stichwort: konturnahe Kühlung. Sind alle Parameter festgesetzt, werten wir gemeinsam mit Ihnen die Simulation aus. Durch die Simulationen im Vorfeld des 3D-Drucks können wir den optimalen Verlauf der Temperierkanäle gewährleisten.

Erstellen der 3D-Daten im CAD-Programm

Sind Sie mit der Simulation zufrieden, erstellen wir mithilfe dieser die 3D-Druckdaten der Werkzeuge und Werkzeugeinsätze mitsamt der Kühlstrukturen. Bevor die Komponente in den Druck geht, geben Sie selbstverständlich Ihr Okay hinsichtlich der digitalen Druckdaten.

Fertigung des Werkzeugs

Mittels SLM-Verfahren fertigen wir nun das Werkzeug entlang der Druckdaten.

Materialien für das Rapid Tooling

FKM wendet für das Rapid Tooling das Verfahren SLM an. Das selektive Laserschmelzen (SLM) baut Metalle in Pulverform im Schichtbauverfahren zum dreidimensionalen Werkzeug auf. Hier bieten sich vor allem Metalle an, die für die Anwendung unter extremen Bedingungen geeignet sind und hervorragende Materialeigenschaften besitzen – so zum Beispiel unsere Werkzeugstähle.

Individuelle Simulation

Die individuelle Simulation Ihres Werkzeugs

Als erstes Simulieren wir Ihren Gießprozess und das dafür verwendete Werkzeug. Als nächstes wird die Zykluszeit der verantwortlichen Bereiche ermittelt und die konventionelle Temperierung optimiert um den Gießprozess zu verbessern.

Anschließend begeben wir uns an eine Konstruktion für die konturnahe Kühlung um dann das optimierte Werkzeug mit der Parametermittlung vergleichend zu simulieren.

Der letzte Schritt ist die Auswertung und Präsentation der Simulation.

Anwendungsbereiche des Rapid Toolings

Das Hauptanwendungsgebiet des Rapid Tooling ergibt sich bereits aus der Bezeichnung – die effiziente Herstellung von Werkzeugkomponenten. An erster Stelle stehen vor allem Formwerkzeuge für Pressen oder Spritzgussmaschinen. Die Fertigung von Komponenten, in denen konturnahe Kühlkanäle vonnöten sind, aber auch Kavitäten (Hohlformen) für Spritzgussmaschinen sind die größten Kostenfaktoren, wenn sie herkömmlich, also spanend hergestellt werden. Unternehmen, die auf derartige Werkzeugteile angewiesen sind, profitieren hier enorm vom Rapid Tooling. Da komplexe Geometrien und innenliegende Hohlräume für dreidimensionale Druckverfahren keinerlei Arbeitserschwernis bedeuten, sind 3D-Druck-Verfahren zunehmend die erste Wahl bei der Herstellung von Werkzeugkomponenten.

Korrosionsschutz für konturnahe Temperierkanäle

Innovatives Lacksystem für den optimalen Schutz.

Der größte Vorteil der Beschichtungsmethode von AnoxPro ist, dass die Geometrie keinen Einfluss auf die Ausbildung der Schicht hat. Wir sind somit in der Lage auch Kanäle mit extrem kleinen Durchmesser den optimalen Schutz zu gewährleisten. Durch die geringe Schichtdicke von 10 μm brauchen wir uns auch keine Gedanken über den Wärmetauscheffekt zu machen.

Ein zusätzlicher Korrosionsschutz wird durch metallische Partikel im Material, welche als Opferanode dienen, gewährleistet. Somit besteht auch ein aktiver Schutz bei kleineren Defekten.

Korrosionsbeständiger Werkzeugstahl

Zusätzlich zu dem oben genannten Verfahren bieten wir inzwischen auch einen korrosionsbeständigen Werkzeugstahl an. Sprechen Sie uns im Beratungsgespräch einfach darauf an und wir lassen Ihnen gerne weitere Information dazu zukommen.