Projekt ProInt

Projektname:

Neues generatives Verfahren zur Produktion von intelligenten Werkzeugen

Förderstelle:

AIF (ZIM-Kooperationsprojekt) (1.7.2011 - 31.12.2013)

Projektpartner:

Assoziierte Partner:

Beschreibung:

Das Projekt befasst sich mit der Weiterentwicklung des generativen Fertigungsverfahrens PDB (Plate Diffusion Brazing) zur Produktionsreife. Beim PDB-Verfahren wird ein Metallkörper aus AlSi12 beschichteten Stahlblechen aufgebaut, die miteinander durch Diffusionslöten verbunden werden. Der Fügevorgang erfolgt durch einen unmittelbaren Kontakt der Bleche mit massiven, induktiv erwärmten Heizplatten.

Das zu entwickelnde Verfahren soll für den Einsatz zur Fertigung von Endprodukten (Spritzgussformen) erprobt werden und hinsichtlich Aufbaugeschwindigkeit, Produktionskosten und Qualität der Bauteile, die mit diesen Spritzgussformen hergestellt werden, im Vergleich zu existierenden Fertigungsverfahren evaluiert werden. Durch die geplanten Arbeiten sollen die produktionstechnische Effizienz und das Einsatzpotenzial des neuen generativen Verfahrens im Bereich des Werkzeugbaus erforscht werden.

Aktueller Stand:

Plate-Diffusion-Brazing (PDB) ist ein neues Verfahren in der Generativen Fertigung, das sich noch in die Entwicklung befindet.  Dünne Stahlbleche werden dünn mit Alluminium-Silizium beschichtet und so zurechtgeschnitten, dass sich beim stapeln der Bleche eine komplexe Innengeometrie ergibt. Das Blechpaket wird zwischen zwei Heizplatten gelegt, durch die Kontaktwärmebehandlung beginnt die Beschichtung in die Bleche zu diffundieren und es kommt zu einer Verbindung (Abbildung 1). Auf diese Weise können auf relativ einfache Art und Weise Bauteile mit Komplexer Innengeometrie gerfertigt werden.

Abbildung 1: Schematische Darstellung des PDB-Verfahrens

Aktuell ist das PDB-Verfahren Thema eines Projektes, welches sich mit der Herstellung von Werkzeugen für das Spritzguss-Verfahren beschäftigt. Die Vorteile des PDB-Verfahren gegenüber dem Konventionellen und dem LaserCusing-Verfahren liegen hierbei auf der Hand. Es ermöglicht komplexere Innengeometrien als beim konventionellen Verfahren und ist wesentlich Wirtschaftlicher als das LaserCusing-Verfahren.

Die Forschungsarbeiten von ISEMP konzentrieren sich hierbei auf die numerische Abbildung des Prozesses. Es wurden Kalibrierversuche durchgeführt, durch deren Abbildung die Optimalen Prozessparameter wie Aufheizstrategie, Haltedauern bei bestimmten Temperaturen und Prozessdauer zu bestimmen. Die Versuche haben gezeigt, dass es zwischen den einzelnen Blechen einen Wärmekontaktwiderstand gibt, der mit fortschreitendem Prozess verschwindet. Desweiteren wurde ein Materialmodell entwickelt, das die effektiven Eigenschaften des Blechpakets abbildet. Diese Eigenschaften sind nötig um die numerischen Abbildungen von sehr Komplexen Strukturen mit angemessen Zeitaufwand zu generieren. In Abbildung 2 ist die, anhand des Experiments kalibrierte, Simulation einer Simulation mit den effektiven Eigenschaften gegenübergestellt. Im oberen Teil sieht man das Temperaturfeld in der Heizplatte und im Blechtpaket, im unteren Teil sieht man die Temperaturentwicklung in einem Schnitt von oben nach unten von der Heizplatte und dem Blechpaket