Ungeahnte Möglichkeiten

Das neue Verfahren Lasercusing hat die Kühlung in temperaturkritischen Bereichen von Druckguss-Werkzeugen entscheidend verbessert. Die gemeinsame Entwicklungsarbeit zwischen einem renommierten Automobilhersteller und der Concept Laser GmbH hat sich gelohnt und bringt erfreuliche Zukunftsaussichten in der Druckguss-Branche. Der Autobauer dokumentiert durch die entscheidende Verbesserung der Gussteilqualität erneut seinen Führungsanspruch am Markt.

Mit der neuen Lasercusing-Technik gelang es anhand einer komplett neuen Prozessführung, die herkömmlichen Schwachstellen der Lasersintertechnik zu optimieren und zu überwinden. Der Einsatz moderner Lasersysteme, speziell entwickelter und patentierter Belichtungsstrategien sowie die Verwendung von Stahlschlüssel-Standardwerkstoffen in Pulverform brachte den angestrebten Erfolg: Die Generierung verzugsarmer, nahezu einhundertprozentig dichter Bauteile. Unter Verwendung von Originalwerkstoffen werden heute massive und großvolumige Bauteile, wie eben intensiv gekühlte Werkzeugeinsätze realisiert. Die Materialeigenschaften sind dem Ausgangsmaterial identisch und erlauben den Einsatz dieser Bauteile unter Produktionsbedingungen. Dem Concept-Laser-Team war mit dieser Einführung ein glänzender Wurf geglückt, der den Gießwerkzeugbau des Automobilherstellers veranlasste, auf dem Gebiet Druckguss mitzuentwickeln. Vorab eine kurze Erklärung zur Technik: Das Wort Cusing setzt sich aus den Begriffen Concept und Fusing (englisch: aufschmelzen) zusammen. Das Wort beschreibt somit präzise das Konzept: Lasercusing basiert auf der Verschmelzung einkomponentiger metallischer Pulver-Werkstoffe mittels Laser. Dieses „generative“ Verfahren ermöglicht es, aus so gut wie allen schweißbaren Werkstoffen (Edelstahl, Warmarbeitsstahl für Spritzguss und für Druckguss, Vergütungsstahl usw.) Bauteile schichtweise aufzubauen, sprich das Metallpulver Schicht für Schicht komplett aufzuschmelzen. Die typische Dicke der Pulverschichten liegt zwischen 20 und 50 µm. Das Lasercusing-Verfahren ist dabei, sich im traditionellen Werkzeug- und Formenbau zu etablieren. Dem Lichtenfelser Team boten sich im Rahmen dieser entwicklungstechnischen Zusammenarbeit völlig neue, ungeahnte Möglichkeiten, ihre einzigartige Lasertechnologie zu erproben und für das Segment des Druckgießens zu erschließen. Der Zielwerkstoff Warmarbeitsstahl, für die Herstellung der Werkzeugkerne für das Aluminium-Leichtmetall-Gießen, war klar definiert. Sowohl die Entwicklung als auch die Qualifikation dieses Werkstoffes wurde seitens der Concept Laser GmbH über den Zeitraum der Zusammenarbeit verifiziert. Mit dem neuen Material CL 60 DG steht nun ein serientauglicher Warmarbeitsstahl (ähnlich 1.2709) zur Verfügung, der sich hervorragend für die Herstellung von gekühlten Werkzeugkernen eignet. Der Werkstoff besitzt eine gute Grundzähigkeit, eine Zugfestigkeit von bis zu 1.800 N/mm2 und eine Härte von bis zu 54 HRC. Durch die Einbringung von konturnahen Kühlungen in temperaturkritische Bereiche lassen sich die Zyk-luszeiten reduzieren und gleichzeitig die Standzeiten der Werkzeuge beträchtlich erhöhen. Den überzeugenden Versuchs-ergebnissen soll an dieser Stelle nicht vorgegriffen werden. Dennoch zeigen sich beide Kooperationspartner beeindruckt von der beträchtlichen Verbesserung der Produktqualität. Vorversuche galten zunächst der Materialprüfung. In unterschiedlichsten Versuchsreihen wurden Belastungen resultierend aus der Druckgießanwendung an Probekörpern getestet und Rückschlüsse auf die Bauteilgestaltung gezogen. Nach der erfolgreichen Durchführung der Vorversuche ging man an die Erprobung von Versuchskernen im Steuergehäuse. Der Versuchskern wurde in der Concept Laser M3 linear Laserbearbeitungsanlage „aufgeschmolzen“. Vollautomatisch, das heißt, ohne Bedienpersonal läuft dann der Lasercusing-Prozess ab. Anschließend erfolgte die Nacharbeit des Kernes und der Einbau in das Steuergehäuse. Mit der Durchführung dieses Versuches sollten Aussagen über Haltbarkeit und Heißrissneigung des Versuchskernes gefunden werden. Die bis dato andauernde Testreihen liefern ein überzeugendes Resultat: Nach Abguss von über 100.000 Teilen befindet sich der Versuchskern nach wie vor in einem sehr guten Zustand. Am Probestück sind keine Brandrisse erkennbar, die Bohrung im konventionell hergestellten Werkzeug, in der der Versuchskern aufgenommen wurde hingegen, zeigt inzwischen vergrößerte Brandrisse. Im Druckguss-Center war die Begeisterung über das Gelingen dieser Versuchsreihen groß, sodass nahe lag, ein Pilotprojekt mit dem Ziel der Serienreife in Angriff zu nehmen. Gemeinsam wollte man „die konturnahe Temperierung beim Zylinderkurbelgehäuse im Bereich Klopfsensor“ erproben. Der Gießwerkzeugbau legte fest, an welchem Serienteil und an welche Stellen ein durch Lasercusing hergestellter Werkzeugeinsatz eingebaut werden soll. Für das Pilotprojekt wurde die Kontur im Bereich „Klopfsensorauge“ im Schiebervorsatz vom 4 Zylinder- Kurbelgehäuse vorgeschlagen. Der Einsatz sollte, ohne die Druckgussform von der Druckgussmaschine abzuspannen, innerhalb kürzester Zeit wechselbar sein, damit es keine lange Produktions-Unterbrechungen gibt. Um die Praxistauglichkeit zu beweisen, wurden sämtliche Versuche unter Serien- und Produktions-Bedingungen durchgeführt. Ziel dieser Erprobung war es, die Optimierung der Temperierung im Werkzeugeinsatz sowie die dadurch resultierende Gussteilequalität, zu untersuchen. Des weiteren sollte das Verhalten, wie Standzeit, Rissbildung etc., des Lasercusing-Einsatzes getestet werden. Seitens des Automobilherstellers wurde das spektakuläre Lasercusing-Verfahren einhellig als serientaugliche Technologie bestätigt, die als Schnittstelle vom Prototypenstadium zum Serieneinsatz funktioniert. Zusammengefasst ergeben sich handfeste kalkulatorische und qualitative Vorteile: Durch konturnahe Kühlung erhöht sich die Produktivität des Werkzeuges Verzug am Gussteil wird durch optimale Kühlung drastisch vermindert. Wesentlich verbesserte Produktqualität durch die Reduzierung von Lunkerbildung. Vorgearbeitete Formkontur der Werkzeugeinsätze. Kurze Herstellungszeit und vollautomatische Herstellung der Lasercu-sing-Einsätze. Auf ein Minimum reduzierte Programmierung und echte Serienanwendung. Patentierte Hybridbauweise zur wirtschaftlichen Herstellung von größeren Werkzeugeinsätzen. Die Herausforderung, zeit- und kosten- orientiert zu arbeiten und dabei Topqualität zu bieten, hat Concept Laser als Unternehmen der Hofmann Innovation Group AG mit absolutem Innovationswillen angenommen. Die mehrjährige gemeinsame Entwicklungsarbeit mit dem Automobilunternehmen hat die Serientauglichkeit des Verfahrens für den Druckguss bewiesen. Um auch weiterhin technologischen Führungsanspruch zu behaupten, will das Automobilunternehmen das Lasercusing strategisch einsetzen und auf weitere Produktionsbereiche erweitern, so Frank Herzog, Geschäftsführer der Concept Laser GmbH. Seit geraumer Zeit werden deshalb Neuwerkzeuge mit intensiv gekühlten Einsätzen – gefertigt im Lasercusing Verfahren – bestückt. Damit sich potenzielle Lasercusing-Kunden die einzigartigen Möglichkeiten des Verfahrens am konkreten Beispiel ansehen können, hält Concept Laser in Lichtenfels bereits seit Ende des Jahres 2003 zwei M3 linear Laserbearbeitungsanlagen zur Demonstration der Laser-Technologien und für Vorführungen oder Pilotprojekte bereit.

www.concept-laser.de