Laserauftragschweißen wird heute schon in der Produktion eingesetzt. Im aktuellen Projekt „Metallpulverspritzguss abrasiver Werkstoffe in durch Laserauftragschweißen gepanzerte Werkzeuge“ hat Dipl.-Ing. (FH) Tom Cruz, hauptverantwortlicher wissenschaftlicher Forschungsmitarbeiter an der Hochschule Pforzheim, eine Zwischenstudie vorgelegt. Sie zeigt, dass Werkzeuge für das Spritzgießen von Metall deutlich weniger Verschleiß zeigen, wenn sie durch Laserpulverauftragschweißen mit Hartmetall beschichtet werden.
Laserauftragschweißen fürs Metal Injection Moulding
Entstanden ist die Studie im Bereich Maschinenbau der Fakultät für Technik im Rahmen des Teilprojekts „Laserauftraggeschweißter Verschleißschutz mit geschichteten Funktionsoberflächen für MIM-Spritzgießwerkzeuge“. Das so genannte Metal Injection Moulding (MIM), also das Spritzgießen von Metall, ist ein modernes Fertigungsverfahren, mit dem kleine bis mittelgroße Bauteile, mit zum Teil sehr komplexen Geometrien, hergestellt werden können.
„Wir arbeiten daran, MIM-Werkzeuge verschleißfester zu machen“, erklärt Cruz. Dazu wird mit Hilfe des Laserpulverauftragschweißens Hartmetall in einem Mehrschichtsystem partiell aufgetragen. „Das Verfahren lässt es zu, dass das Werkzeug ganz individuell an seine Beanspruchung angepasst und seine Lebensdauer damit um ein Vielfaches verlängert werden kann“, so der Wissenschaftler.
Das Projekt entstand in Kooperation mit der Ohnmacht & Baumgärtner GmbH (OBE) aus Ispringen, wo das Fertigungsverfahren von der Forschung in die Praxis übertragen wurde. Die Kooperation besteht seit 2016 und hat wesentliche Fortschritte gebracht. Begleitet wird das Projekt vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWI) sowie von der Zentrale Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM).
Deutlich weniger Verschleiß bei beschichteten Werkzeugen
In der nun veröffentlichten Halbzeitstudie hat Cruz gezeigt, dass unterschiedliches Verschleißverhalten beobachtet werden kann. Auch hat sich der bisher eingesetzte Werkzeugstahl im Vergleich zu den laserbeschichteten Referenzproben massiv plastisch verformt.
Um das nachzuweisen, wurden in einem ersten Schritt Abtragung und Oberflächenzerrüttung von herkömmlich gehärtetem Werkzeugstahl und laserauftraggeschweißten Funktionsschichten an einem Prüfstand gemessen. Funktionsflächen von unbeschichteten Werkzeugen werden demnach plastisch verformt und zeigen einen deutlich erhöhten Materialabtrag. Die Referenzproben der beschichteten Schutzschichten weisen keinen vergleichbaren Verschleiß aus. „Dies zeigt deutlich den Vorteil von laserauftraggeschweißten Schutzschichten im Vergleich zu herkömmlich gehärtetem Werkzeugstahl und bekräftig erneut die Motivation dieses Projektes“, so Tom Cruz.
Potenzial des Laserauftragschweißens wird weiter untersucht
Nach erfolgreicher Durchführung des ersten Teils des Projektes und der Wahl des geeigneten Hartmetall-Basismaterials wird in den folgenden Schritten das erste seriennahe Werkzeug gepanzert, um durch die Abformung weiterer Proben das Verschleißverhalten zu untersuchen.
