konturnahe temperierung im werkzeugbau...werkzeug- und formenbau bauteil-daten material: tool steel...
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ADDITIVE FERTIGUNG, Carolin Hörrmann
Konturnahe Temperierung im Werkzeugbau
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TRUMPF ist…
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Die wichtigsten Metall 3D-Druck Verfahren bei TRUMPF unter einem Dach
TRUMPF-Industrial Additive Technologies
Produktives Verfahren für Reparatur,
Beschichtung und Aufbau von Werkstücken
Präzises Verfahren für die generative
Fertigung komplexer Bauteile im Pulverbett
Laser Metal Fusion (LMF)Laser Metal Deposition (LMD)
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Allgemeine Vorteile
LMF | Konturnahe Temperierung
AM-gerechtes Design:
Reduktion von 5 konventionell gefertigten
Einzelteilen auf 1 Bauteil
Möglichkeit konturnaher, komplexer Temperierkanäle
Vorher: 1 zentrale Temperierung mittels Spiralkern
Nachher: 3 konturparallele Temperierkanäle
Anwendungsmöglichkeiten
Werkzeug- und Formenbau
Bauteil-Daten
Material: Tool Steel 1.2709
Anzahl an Schichten: 1.730 à 60 µm
Bauzeit:: ~ 35h
Vorteile
Zu temperierende Oberfläche optimal erreichbar
Effiziente Temperierung
Geringere Betriebskosten
Wegfall von Dichtstellen
Geringere Druckverluste
Längere Standzeiten der Werkzeuge/Formen
Quelle: Laupp GmbH
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Vergleich konventionelle / konturnahe Temperierung
LMF | Anwendungsbeispiel: Angussverteiler
Quelle: Laupp GmbH
CAD-Modell der
Kühlgeometrie
Konventionelle Temperierung Additive konturnahe Temperierung
Distanz Temperierkanal / Werkzeugwand:
Mindestens 15 mm (stark variierend)
Distanz Temperierkanal / Werkzeugwand:
Konstant 3 mm / konturparallel
CAD-Modell der
Kühlgeometrie
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Vergleich konventionelle / konturnahe Temperierung bzgl. Effizienz
LMF | Anwendungsbeispiel: Angussverteiler
Quelle: Laupp GmbH
Konventionelle Temperierung Additive konturnahe Temperierung
Tmax≈ 38°C Tmax≈80°C
nach 5 s
Tmax≈90°C = TWasserTmax≈70°C < TWasser
nach 60 s
Oberflächentemperatur
nach 5 s nach 60 s
Oberflächentemperatur
Träge Reaktion der Werkzeugwand
Unnötig viel zu temperierende Masse
Nahezu verzögerungsfreie Reaktion
der Werkzeugwand
Hohe Effizienz / homogene Temperatur
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Vergleich konventionelle / konturnahe Temperierung bzgl. Zykluszeit
LMF | Anwendungsbeispiel: Angussverteiler
Quelle: Laupp GmbH
Konventionelle Temperierung Additive konturnahe Temperierung
Angußtablette nach 8s partiell noch teigig,
Werkzeug kann nicht geöffnet werden
Angußtablette nach 5s entformbar
Deutliche Zykluszeitreduzierung
t = 8s
Randschicht
noch teigig
Zyklus wird unnötig verlängert
t = 5s
Randschicht
Vollständig erstarrt
Angußtablette Angußtablette
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Thermisches Verhalten im Gießzyklus
LMF | Anwendungsbeispiel: Angussverteiler
Qualitative
Änderung
Konturnahe Kühlung
Einschaltdauer 4s / 40%
Kühlen des Werkzeugs ab t=5 s mit
Minimalmengensprühverfahren
0 2 4 6 8 10 t in s
1
0.5
0
Minimaler Restanteil
flüssiger Schmelze
KühlmitteldurchflussAnteil flüssiger Schmelze
Thermische Energie im Verteiler
0 2 4 6 8 10 t in s
1
0.5
0
Konventionelle Kühlung
Einschaltdauer 10s / 100%
Kühlen des Werkzeugs ab t=5 s mit
maximaler Wassermenge
Werkzeug öffnet
Sprühvorgang beginnt
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Ziel: Thermische Isolation / Reduzierung partiellen Wärmeeintrags
LMF | Anwendungsbeispiel: Vorkammerbuchse
Thermische Isolierung der Heißkanaldüse
von der Kavität
Kühlung aller konturgebenden Dome
(Wandstärke 4 mm)
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Ziel: Vermeiden partieller Überhitzung im Kopfbereich
LMF | Anwendungsbeispiel: Schieberkopf
Optimale Temperierung des Kopfbereichs /
kein Wärmestau mehr
Reduzierung des Druckvolumens durch
Kombination mit konventionellem Grundkörper
Quelle: Schimko Formenbau GmbH
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Material, Wärmebehandlung, Finish und Beschichtung
LMF | Randbedingungen
Finish
• Abdrahten / Absägen von der
Substratplatte
• Fräsen, Drehen, Schleifen,…
• Senk- und Drahterodieren
Beschichtung / Politur
Prozeßtemperatur beachten
• Alle gängigen Beschichtungen
• Plasmanitrieren
• Caveo-Beschichtung
Hochglanzpolituren
Verfügbare Werkzeugstähle
• 1.2709 (Maraging Steel)
Wärmebehandlung
• Anwendungsspezifisch
• Druckguß: typ. 44-46 HRC
• Spritzguß: typ. 52-54 HRC
• 1.2343 Ab Q1 / 2020
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Peripherie, Betrieb und Wartung
LMF | Randbedingungen
Betrieb
• Auf permanenten Durchfluß achten
• Werkzeuge niemals nass einlagern
• Wasserqualität regelmäßig
kontrollieren
Wartung
• Durchflußkontrolle
• Ggf. reinigen
( z. Bsp. mit Citronensäure)
Temperiergeräte
• Medien: typ. Wasser oder Öl
• Selten: Gas- oder Kältemittel
Wasserqualität
• Feinfilter für Kühlkanäle < Ø 2mm
• Entmineralisiertes Wasser, sofern
Verdampfen auftreten könnten
• Separate Kühlkreise für die
konturnahe Temperierung
Quelle: GWK
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ADDITIVE FERTIGUNG, Carolin Hörrmann