Im Vergleich zu herkömmlichen Fertigungsprozessen ermöglicht die additive Fertigung (AM) komplexere geometrische Designs, optimiert die Kühlmittelversorgung, die Vibrationsdämpfung, das Leichtbau und die topologische Optimierung. Dieser Artikel untersucht das Potenzial von AM in Schneidwerkzeugen, überprüft relevante Forschungsfortschritte und industrielle Praktiken und hebt zukünftige Richtungen sowie deren Bedeutung für industrielle Anwendungen hervor.

Der globale Maschinenbau-Markt wächst weiter und erreicht 2023 379 Milliarden Dollar, wobei Werkzeugmaschinen 88,6 Milliarden Dollar zu diesem Betrag beitragen. Bearbeitungsprozesse wie Drehen und Fräsen werden in Branchen wie Automobil, Luft- und Raumfahrt, Verteidigung und im medizinischen Sektor häufig eingesetzt. Trotz der langen Geschichte dieser Techniken bleibt die Werkzeugtechnik ein Bereich ständiger Innovation, insbesondere mit dem Aufkommen digitaler Lösungen, Prozessüberwachung und neuer Materialien. Als disruptive Technologie revolutioniert AM weiterhin das Design und die Anwendung von Schneidwerkzeugen.

Das Potenzial der additiven Fertigung im Werkzeugdesign

AM bringt eine beispiellose Flexibilität in das Werkzeugdesign, insbesondere bei der Optimierung geometrischer Strukturen und Materialeigenschaften. Im Folgenden sind vier Schlüsselbereiche aufgeführt, in denen AM-Technologie in Werkzeugen angewendet wird:

1. Kühlung und Kühlmittelversorgung: Die AM-Technologie ermöglicht die Schaffung komplexer interner Kühlkanäle, die es dem Kühlmittel ermöglichen, den Schneidpunkt effizienter zu erreichen. Dies verbessert die Wärmeableitung, reduziert den Werkzeugverschleiß und erhöht die Schneidleistung. Dieses Design ist besonders wichtig beim Bearbeiten von hochfesten Legierungen oder schwer zu bearbeitenden Materialien.

2. Vibrationsreduzierung und Vibrationsverhalten: Vibrationen können die Bearbeitungsgenauigkeit beeinträchtigen. Die AM-Technologie ermöglicht das Design interner vibrationsdämpfender Strukturen oder die Verwendung verschiedener Materialschichten zur Reduzierung von Vibrationen. Dies verbessert die Bearbeitungsstabilität und Präzision, insbesondere bei Hochgeschwindigkeits- oder Präzisionsbearbeitungsanwendungen.

3. Leichtbau und topologische Optimierung: Leichtbaukonstruktionen reduzieren das Gewicht von Schneidwerkzeugen, verringern die Belastung der Maschine und verbessern die Betriebseffizienz. Mit AM ermöglicht die topologische Optimierung, Werkzeuge mit der geringsten Materialmenge zu entwerfen und gleichzeitig eine hohe Steifigkeit beizubehalten. Dies spart Materialkosten und erhöht die Flexibilität der Werkzeuge während des Austauschs.

4. Funktionale Integration: Die AM-Technologie ermöglicht den 3D-Druck mit mehreren Materialien, wodurch Werkzeuge Funktionen wie Verschleißfestigkeit und Vibrationsdämpfung kombinieren können. Dies reduziert die Notwendigkeit für mehrere Werkzeuge und erhöht die Produktionseffizienz. Diese Funktionen können an spezifische Bearbeitungsbedürfnisse angepasst werden, was die Werkzeuglebensdauer verlängert und die Produktivität steigert.

Wissenschaftliche Forschung und industrielle Anwendungen

Während AM großes Potenzial bei Schneidwerkzeugen zeigt, stehen industrielle Anwendungen vor Herausforderungen wie hohen Produktionskosten und Einschränkungen in der Massenproduktion. Mit dem Fortschritt der Technologie werden diese Probleme jedoch allmählich angegangen. Immer mehr Unternehmen testen und übernehmen AM-hergestellte Schneidwerkzeuge, was die Bearbeitungsleistung in bestimmten Szenarien erheblich verbessert.

AM bietet eine frische Perspektive auf das Design von Schneidwerkzeugen und die Leistungsoptimierung, mit erheblichem Potenzial in der Kühlmittelversorgung, der Vibrationsreduzierung, der Gewichtsreduktion und der funktionalen Integration. Zukünftige Forschungen sollten sich darauf konzentrieren, aktuelle Engpässe in der Anwendung von AM-Werkzeugen zu beseitigen, wie Produktionskosten und Werkzeuglebensdauer. Mit der Reifung der Technologie ist AM bereit, eine wichtige treibende Kraft im Design und in der Herstellung von Schneidwerkzeugen zu werden und mehr Innovationsmöglichkeiten für die industrielle Produktion zu schaffen.