Komplexe Hartmetallwerkzeuge aus dem 3D-Drucker

© Fraunhofer IKTS

3D-pulvergedruckter und gesinterter Hartmetallziehstein mit innenliegenden Kühlkanälen.

Hartmetall ist ein leistungsfähiger Werkstoff, der sich vor allem durch seine hohe Härte und Verschleißfestigkeit bei gleichzeitig guter Zähigkeit auszeichnet. Der Komplexität der Hartmetallbauteile sind dabei aktuell durch die konventionellen Formgebungsprozesse Grenzen gesetzt. Es können vergleichsweise nur einfache Geometrien realisiert werden. Moderne Werkzeuge erfordern jedoch häufig wesentlich komplexere Geometrien, wie helixförmige oder mäandrierende Kühlkanäle im Inneren des Bauteils, die aufwendig und kostenintensiv durch Zerspanen und Schleifen von Hartmetallrohlingen mit Diamantwerkzeugen oder mittels Erodieren hergestellt werden. Daher entwickeln die Forscher am Fraunhofer IKTS komplexe Hartmetallwerkzeuge mittels 3D-Druck-Verfahren, deren Qualität konventionell hergestellten Hochleistungswerkzeugen in nichts nachsteht.

Bei dem dabei verwendeten Binder-Jetting-Verfahren werden die Ausgangspulver bzw. -granulate über einen Druckkopf mit einem organischen Binder lokal benetzt und gebunden. Bei der Wärmebehandlung, die speziell auf die Zusammensetzung abgestimmt sein muss, wird in einem ersten Schritt der organische Binder ausgetrieben und danach das Bauteil mit hoher Temperatur und Druck verdichtet. Durch Optimierung der Prozesskette ist es hier gelungen, hundertprozentig dichte Bauteile zu erhalten, die ein perfektes Hartmetallgefüge und gute mechanische Eigenschaften aufweisen. Durch die gezielte Variation der Bindermatrix werden Biegebruchfestigkeit, Zähigkeit und Härte individuell eingestellt – je geringer der Binderanteil im Hartmetall, desto härter das Bauteil. Die am Fraunhofer IKTS gefertigten Prototypen haben einen Bindergehalt von 12 bzw. 17 Masseprozent und zeigen ein der konventionellen Herstellungsroute vergleichbares Gefüge.