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Werkzeuge, frisch gedruckt

Am Institut für Werkstoffe und Anwendungstechnik wird ein neuer Prozess zur Herstellung von Schleifwerkzeugen erforscht

Man nehme: zwei verschiedene Pulversorten, einen 3-Drucker und eine Arbeitsanweisung für die Anlage – und schon hat man das Erfolgsrezept für das Schleifwerkzeug von morgen? Wenn es nur so einfach wäre. Stattdessen tüftelt Achim Conzelmann, Doktorand am Hochschulcampus Tuttlingen, schon seit eineinhalb Jahren an einem vielversprechenden neuen Verfahren. „Bauteile, zum Beispiel in der Automobilindustrie, werden immer individueller“, berichtet Conzelmann. „Deshalb braucht es auch immer individuellere Werkzeuge.“  Betreut von Prof. Dr. Hadi Mozaffari-Jovein, dem Leiter des Instituts für Werkstoffe und Anwendungstechnik, ist Conzelmann einem neuartigen Prozess auf der Spur, mit dem eine Mischung aus Metall und Keramik zu Werkzeugen verdruckt werden kann.

„Zunächst ging es um die richtige Mischung der Komponenten“, erklärt Conzelmann, der an der Hochschule Furtwangen seinen Bachelor in „Industrial Materials Engineering“ machte, dann den Master in Angewandten Materialwissenschaften anschloss und anschließend in die Forschung ging. Für seine Doktorarbeit arbeitet er eng mit einem Industriepartner und außerdem mit dem Karlsruher Institut für Technologie (Prof. Dr. Helmut Seifert) zusammen. „Kompositmaterialien zu drucken, das gibt es zwar schon“, berichtet Prof Dr. Mozaffari-Jovein, „aber auf den Anwendungszweck und den Prozess übertragen ist das hier etwas spektakulär Neues!“  In der additiven Fertigung sieht Mozaffari-Jovein ein riesiges Potenzial für die Zukunft. Im Gegensatz zu konventionellen Herstellungsmethoden, bei denen ein Block Werkstoff durch Abtragen von Material zu einem Produkt geformt wird, ist es beim 3D-Drucken genau andersherum. Material wird Schicht für Schicht aufgetragen, auch filigrane Strukturen können so von Grund auf aufgebaut werden.

Conzelmanns Werkzeuge bestehen aus Tausenden Schichten, die jeweils nur wenige Mikrometer dick sind. In aufwändigen Testverfahren hat der Doktorand erprobt, wie sich eingesetzte Materialien verhalten, wenn sie mittels Laser erhitzt und verschmolzen werden und dann in Sekundenbruchteilen wieder abkühlen. Welche Stoffe interagieren wie miteinander? „Da muss man die Balance finden“, berichtet Conzelmann, „bei zu wenig Interaktion können beispielsweise Risse entstehen. Wenn die Bestandteile zu sehr miteinander reagieren, dann verliert sich womöglich die abrasive Eigenschaft der Keramik“. Inzwischen hat er die richtige Mischung aus einer Aluminiumlegierung und abrasiven Pulverpartikeln gefunden, im nächsten Schritt wird es darum gehen, die frisch gedruckten Schleifwerkzeuge auf Belastbarkeit, Biegsamkeit und den Abtrag beim Schleifvorgang zu überprüfen. Conzelmann rechnet damit, das Projekt bis Ende des Jahres 2022 abzuschließen.

„Additive Fertigung ist deshalb so ein zukunftsweisendes Thema, weil es enorme Möglichkeiten bietet, den Materialaufwand in der Produktion zu minimieren und Nachbearbeitungsprozesse deutlich zu verkürzen“, erklärt Prof. Mozaffari-Jovein. Um den Wissens- und Technologietransfer in diesem Bereich anzuregen organisiert Mozaffari-Jovein mit der Hochschule Furtwangen derzeit den Technologietag Tuttlingen, der am 4. Mai 2022 in der Stadthalle Tuttlingen stattfindet und sich in diesem Jahr der additiven Fertigung widmet, speziell in den Bereichen Medizintechnik, Maschinenbau und Anlagentechnik, Automatisierung, Digitalisierung und Qualitätssicherung sowie Nachbearbeitung. Bei Fachvorträgen und einer gemeinsamen Runde zum Thema „Hat die Additive Fertigung eine Zukunft?“ werden Expertinnen und Experten Wissen und Impulse austauschen – vielleicht sogar das ein oder andere Erfolgsrezept.
Mehr Informationen zum Technologietag gibt es auf https://technologietag-tuttlingen.de