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BAYERISCHER FORSCHUNGSVERBUND GENERATIVE FERTIGUNGSVERFAHREN IM WERKZEUG- UND FORMENBAU

Der Werkzeug- und Formenbau nimmt in der industriellen Wertschöpfungskette eine besondere Stellung ein. Er dient als Bindeglied zwischen Konstruktion und Fertigung, und oftmals übernimmt er die Aufgabe, wichtige Produktoptimierungen umzusetzen. Dabei sieht er sich steigenden Anforderungen seitens der Kunden ausgesetzt. Kostendruck, sinkende Produktzykluszeiten sowie kontinuierlich zunehmende Variantenvielfalt zwingen die Unternehmen, unkonventionelle Wege in der Herstellung zu beschreiten. Neben der steigenden Variantenvielfalt benötigt beispielsweise gerade die Automobilindustrie eine zunehmende Formkomplexität der zu fertigenden Bauteile. Das Produktdesign wird in steigendem Maße als wichtigstes Differenzierungsmerkmal genutzt. Die daraus resultierenden markanten Linien und progressiven Bauteilformen führen konventionell gefertigte Werkzeuge an deren produktionstechnische Grenzen. Zugleich verringert die stark steigende Variantenvielfalt die pro Variante zu fertigende Stückzahl signifikant, was eine wirtschaftliche Fertigung der komplexen Werkzeuge erheblich erschwert. Auch der Einsatz neuer Werkstoffe wie hoch- oder höchstfester Stähle (z.B. Dualphasen- und Complexphasen-Stähle) reizt konventionelle Prozessketten der Umformtechnik bis ans Limit aus. Für Werkstoff- und Prozessschwankungen verbleiben kaum mehr Sicherheiten. Für die zumeist klein- oder mittelständischen Unternehmen, oftmals im Familienbesitz, stellt die Umsetzung dieser Entwicklungen eine besondere Herausforderung dar.

Abhilfe können Fertigungsverfahren schaffen, die ein Höchstmaß an geometrischer Freiheit sowie die Möglichkeit zur gezielten Einstellung von Eigenschaftsprofilen wie Temperaturverhalten oder Härteverteilung bieten. Generative laserbasierte Verfahren sind in der Lage, diese Gestaltungsfreiheit nicht nur in Form von Funktionsschichten an Bauteiloberflächen, sondern auch im Bauteilvolumen zu realisieren. Der additive Werkzeug- und Formenaufbau, in Verbindung mit einem verringerten Nachbearbeitungsaufwand, erhöht zudem die Wirtschaftlichkeit der Fertigung bei geringen Stückzahlen erheblich.

Ziel des Forschungsverbundes ist es, die produktionswissenschaftliche Grundlage für den umfassenden Einsatz generativer Fertigungsverfahren im Werkzeug- und Formenbau zu schaffen. Die Qualifizierung und anschließende Einführung dieser Verfahren soll dazu führen, Werkzeuge der Ur- und Umformtechnik hinsichtlich der realisierbaren Formkomplexität, der Beanspruchbarkeit sowie der Herstellungsdauer und -kosten signifikant zu verbessern. Generative Verfahren bieten besondere Möglichkeiten, nicht nur Oberflächenschichten anwendungsgerecht zu gestalten, sondern auch im Bauteilvolumen der Werkzeuge und Formen Strukturen oder Gradienten zu realisieren. Inhalt der Forschungstätigkeiten ist es daher, die Standfestigkeit zu erhöhen, indem gezielt Temperatur- oder Härtegradienten in Werkzeugen und Werkzeugeinsätzen eingestellt sowie die tribologischen Eigenschaften der Werkzeugoberflächen verbessert werden. Neben der Realisierung maßgeschneiderter Werkzeuge bieten generative Verfahren zudem eine hohe Energie- und Werkstoffeffizienz durch Verringerung von Materialverbrauch und Nachbearbeitung. Darüber hinaus steht im Verbund ebenso die Qualitätssicherung mittels zerstörungsfreier Prüfverfahren im Mittelpunkt, die begleitend zum Herstellungsprozess eingesetzt werden sollen.

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Gefördert durch:

Gründungsdatum:
07.2014

Ende:
06.2017