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Konturnahe Kühlkanäle – und trotzdem schnell fertig

Verfahrenskombination: Selektives Laserschmelzen und Guss für ein einziges Werkzeug
Konturnahe Kühlkanäle – und trotzdem schnell fertig

Konturnahe Kühlkanäle – und trotzdem schnell fertig
Draußen generativ, drinnen gegossen: Für diese Form wurden sowohl das selektive Laserschmelzen als auch der Grauguss als Verfahren genutzt Bild: Fraunhofer ILT, Aachen
Eine um 80 % verringerte Bauzeit verspricht eine neue Verfahrenskombination für Werkzeugformen. Sie nutzt das Laserschmelzen nur da, wo es zwingend erforderlich ist, und füllt das Werkzeug über Grauguss.

Mit generativen Fertigungsverfahren wie dem Selektiven Laserschmelzen (Selective Laser Melting, SLM) lassen sich Werkzeugeinsätze für den Spritzguss mit komplexen konturnahen Kühlkanälen ausstatten. Die Herstellung großvolumiger Werkzeugeinsätze mit SLM ist allerdings sehr kostenintensiv, da die maßgeblichen Fertigungskosten vom Bauvolumen abhängen.

Nun hat das Aachener Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT ein wirtschaftliches Verfahren entwickelt, mit dem sich auch massive, großvolumige Bauteile mit konturnahen Kühlkanälen herstellen lassen. Dafür werden SLM und der Guss kombiniert.
Die Idee dahinter: Die Hülle des Werkzeugeinsatzes wird mit SLM aus Warmarbeitsstählen (1.2343 oder 1.2709) gefertigt. Dabei werden die Temperierkanäle mit komplexen Geometrien dort eingebracht, wo sie zur Erwärmung oder Kühlung des Bauteils benötigt werden. Die so aufgebaute Werkzeughülle dient als Gussform, die in einem nachfolgenden Arbeitsschritt durch Gießen mit Grauguss (zum Beispiel GJL200) oder hochwärmeleitfähigem Kupfer schnell und kostengünstig aufgefüllt wird.
Im Vorhaben Gencast, das vom BMBF im Rahmen der ZIM-Initiative gefördert wurde und an dem das Gießerei-Institut der RWTH Aachen sowie Partner aus der Industrie beteiligt waren, wurde das Prozessverständnis erarbeitet und die Prozesskette entwickelt. Gegenüber einem vollständig mit SLM hergestellten Bauteil lässt sich die Bauzeit um bis zu 80 % verringern. Je größer das Bauteil ist, desto größer sind die Vorteile des Verfahrens. Bereits ab einer Baugröße von 0,5 l kann es nach Angaben der Forscher sinnvoll eingesetzt werden.
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