Additive Fertigung

Werkzeugeinsätze mit konturnaher Kühlung und in Hybridbauweise

Kerne, Kavitäten und Werkzeuge bedürfen der ständigen Pflege und Wartung, um voll einsatz- und leistungsfähig zu bleiben. Werkzeugbauer und Kunststoffverarbeiter greifen dabei zunehmend auf flexible und technische versierte Dienstleister wie LPT zurück. Das Unternehmen nutzt etwa das LaserCusing-Verfahren von Concept Laser, mit dem metallische Teile gebaut, 3D-graviert und beschriftet werden können.
Eine automatische Siebstation von Concept Laser stellt die Pulverqualität sicher und somit die im Werkzeug- und Formenbau erforderlichen Bauteileigenschaften im Bereich Dichte und Oberflächengüte.

Firmengründer Erwin Gottschall stieß mit seinem Dienstleistungsunternehmen LPT - Laserpräzisionstechnik GmbH in eine Marktlücke: Werkzeugbauer möchten in der Regel das generative Laserschmelzen nicht selbst anwenden. Die Technik verlangt spezielle Kenntnisse und kann auch kapazitiv nicht immer wirtschaftlich bei den Werkzeugbauern eingesetzt werden. Inzwischen zeugen zwölf Niederlassungen und ein Technikum für Metall-Laserschmelzen in Schleiz sowie über 2000 Kunden von der Akzeptanz der LPT-Gruppe in der Szene.

Warum die generativen Verfahren im Werkzeugbau so wichtig sind, erläutert Gottschall wie folgt: „Zum einen ist es die Geschwindigkeit, mit der der Kunde Anpassungen oder Wartungen durchführen möchte oder muss. Es gibt heute kaum noch Pufferzeiten.“ Alles gehe just-in-time – nicht nur in der Kunststoffverarbeitung, sondern auch in der Werkzeugtechnik. Also müsse er als Dienstleister unglaublich schnell liefern, was eine klassische Stärke des generativen Laserschmelzens ist. „Der andere Punkt hat mit dem Wesen des Kunststoffprozesses zu tun“, so der Seniorchef: „Mit dem LaserCusing kann man konturnahe Kühlkanäle in einer Geometrie und Kavitätsnähe erzeugen, die mit konventionellen Metallbearbeitungstechniken nicht immer möglich sind. Daraus ergibt sich der Effekt, dass ein gut gekühltes Teil hilft, die Zykluszeit zu senken, und das bedeutet tendenziell wieder bessere Stückkostenkalkulationen.“

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Je nach Standort können bei LPT Bauteile bis 5.000 kg bearbeitet werden. „Für bestimmte Anwendungen empfehlen wir dem Kunden konventionelle Technik, wenn dies günstiger ist. Bietet unsere Schweisstechnik Vorteile, so bieten wir diese an“, so Gottschall. „Beim Thema konturnahe Kühlung machen wir den Kunden mit den gestalterischen Möglichkeiten des LaserCusing in Zusammenarbeit mit Concept Laser vertraut. Ziel ist es, eine ebenso effektive, wie wirtschaftliche Methode anzubieten.“ Gottschall bringt seine Erfahrungen aus vielen Jahren in der Kunststoffverarbeitung ein und weiß, was in der Kavität ablaufen soll. Lutz Frötzschner, Leiter der LaserCusing-Abteilung in Schleiz, steht im direkten Kundenkontakt und kümmert sich um Bauteilauslegung, Konstruktion, Schweisstechnik und LaserCusing bis hin zur Ausarbeitung der konturnahen Kühlung.

Bei der Hybridtechnik kann die formgebende Restgeometrie inklusive der restlichen Kühlkanalauslegung auf einen vorgefertigten Grundkörper, mit vorgebohrten Zu- und Ablauf der Kühlung, mittels LaserCusing „aufgeschweißt“ werden. Diese Vorgehensweise ist von Concept Laser patentiert. Laut LPT hat sich diese Mischbauweise bereits in vielen Fällen als schnellste und wirtschaftlichste Methode erwiesen.

Sehr wichtig ist nach Aussage von Gottschall das Prinzip der konturnahen Kühlung, die mit 2 bis 3 mm unter der Formkontur ansetzt. Es gibt die unterschiedlichsten Formen der Kühlkanalauslegung. Die bewährtesten und am häufigsten eingesetzten Kühlkanalvarianten sind die Oberflächen- und Parallelkühlung. Reicht eine konturnahe Kühlung mit einem Kanal bei normalen Teilen, kann eine konturnahe Parallelkühlung mit mehreren kurzen Kühlkreisläufen bei anspruchsvollen Spritzgussteilen Qualität und Zyklusteil verbessern. Bei der Parallelkühlung wird mehr Kühlmittel an die Kavität oder die Formteiloberfläche gebracht, als durch einen langen Kühlkanal. Denn bei einem langen Kanal nimmt die Kühlleistung kontinuierlich mit der Strecke ab. Weiterhin wird bei der Parallelkühlung jede Schleife mit frischem Kühlmedium versorgt, was eine optimale Kühlung zur Folge hat. Ergebnis ist somit eine dynamische und gleichmäßige Kühlung. „Der Einsatz der jeweiligen Technik hängt von der Geometrie des Teils ab. Das müssen wir konstruktiv beurteilen“, meint Gottschall. Er schätzt hier das Potential zur Verbesserung auf bis zu 50 Prozent ein. Im Ergebnis verkürzt sich der Spritzprozess und das Teil wird damit deutlich schneller im Zyklus. Zudem reduziert sich der Verzug im Polymer durch diese Methoden. Ein Patent zu dieser Parallel- und Oberflächenkühlung hält die Werkzeugbau Siegfried Hofmann GmbH. Mit dem Erwerb der LaserCusing-Technik erhielt LPT automatisch eine Lizenz zur Nutzung des Patents, denn Concept Laser gehört zur Hofmann-Gruppe.

Die strategische Partnerschaft mit Concept Laser ist Dreh- und Angelpunkt für die Dienstleistung bei LPT. Als eines der ersten Unternehmen investierte LPT 2004 in eine Concept Laser-M3-linear-Anlage zur Fertigung von großen Laserschmelzteilen und Kleinserien. Da die Metall-Laserschmelztechnologie im Laufe der letzten Jahre enorme Entwicklungssprünge hinsichtlich Laserleistung, Baugeschwindigkeit und Bauteilequalität vollzogen hat, investierte LPT 2010 in eine M1-Cusing-Anlage, um weiterhin im Bereich generatives Metall-Laserschmelzen wettbewerbsfähig agieren zu können. Abgerundet wurde die Technikumsausrüstung in Schleiz noch durch ein Pulver-Modul. Die automatische Siebstation sichert die Pulverqualität, und somit auch die Bauteilequalität, kontinuierlich ab. Frötzschner nennt als Beweggrund die Sicherstellung der im Werkzeug- und Formenbau erforderlichen Bauteileigenschaften im Bereich Dichte und Oberflächengüte. Und noch einen weiteren Vorteil des LaserCusings beschreibt Gottschall: „Grundsätzlich können Sie mit dieser Technik auch Teile per E-Mail verschicken: An einem Punkt A der Welt geben Sie Konstruktionsdaten für das LaserCusing ein, schicken diese Informationen über Datenleitung an den Ort B, wo die Anlage steht und „drucken“ das Teil aus. Kundennähe, Standortunabhängigkeit und „Production-on-demand“ werden zukünftig eine ganz andere Bedeutung in der Produktion bekommen.“

Um LPT fit zu halten, haben Gottschall aber vor allem die praxisnahen CAD-Schulungsmaßnahmen „Conformal Cooling“ zur Anwendung der Kühlkanalauslegung von Hofmann überzeugt. „Diese Praxisnähe kann quasi nur direkt im Werkzeugbau entstehen“, berichtet Gottschall. -mc-


Guido Radig ist Fachjournalist in Bergkirchen

LPT - Laserpräzisionstechnik GmbH, Paderborn Tel. 05251/750134, www.lpt.ag

Concept Laser GmbH, Lichtenfels Tel. 09571/949-238, http://www.concept-laser.de, Rapid.Tech: Halle 2, 2-421

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