Additive Fertigung im Bereich Tooling Chancen und Herausforderungen. H. Leitner, Böhler Edelstahl GmbH &CoKG Tooling Days 2017

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1 Additive Fertigung im Bereich Tooling Chancen und Herausforderungen H. Leitner, Böhler Edelstahl GmbH &CoKG Tooling Days 2017

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3 Positionierung in der Prozesskette Source: Source: GE Pulverproduktion Design 3D-Teile Drucken Legierungsentwicklung Oberflächen- & Wärmebehandlung 3D-Teile Böhler Edelstahl (BEG) BEG/voestalpine voestalpine Additive Manufacturing Centers BEG Kooperation mit Partnern, Kunden,.

4 Pulverproduktion bei BEG

5 Pulverproduktion bei BEG Atomising Melting Filling of capsules

6 AMPO Produkt-Mix Fokus in der ersten Phase auf 3 Produkte Neue Produkte nach Kundenwunsch (e.g..: L625..) Partikelfraktion: µm und µm Verkaufseinheiten: min.10 kg und Vielfaches

7 Typische Schnellarbeitsstähle BÖHLER Marke BÖHLER Grade Chemische Zusammenstellung in % / Chemical composition in % Normen / Standards C Cr Mo V W Co DIN / EN AISI S290PM S390 *** **/* 2,00 3,8 2,5 5,1 14,3 11, ,64 4,8 2,0 4,8 10,4 8, S393 1,64 4, ,8 12,1 5,0 - - T15 S590 ** 1,29 4,2 5,0 3,0 6,3 8,4 < > HS S690 ** 1,35 4,1 5,0 4,1 5,9 - - ~ ~ HS6-5-4 ~ M4 S790 ** 1,29 4,2 5,0 3,0 6,3 - - < > HS6-5-3C ~ M3 Cl.2

8 Typische Kaltarbeitsstähle BÖHLER Marke K390 K110 K360 K490 K340 K890 K353 K455 Chem. Zusammensetzung in % C Cr Mo V W Andere Standard Karbide (%) gehärtet 2,5 4,2 3,8 9,0 1,0 + 2,0 Co 17 MC 1,5 11,8 0,8 0,9 - - D2, M 7 C 3 Karbidtyp 1,3 8,8 2,7 1,2 - + Al, Nb 12 M 7 C 3, MC 1,3 4,3 4,9 4,1 5,9 - M4 12 M 6 C, MC 1,1 8,3 2,1 0,5 - + Al, Nb 8,5 M 7 C 3, MC 0,9 4,4 2,8 2,1 2,6 + 4,5 Co 6 M 6 C, MC 0,8 8,0 1,6 0,6 - + Al, Nb 3,5 M 7 C 3, MC 0,6 1,1-0,2 2,0 - S1, < 1 M 7 C 3

9 Typische Kunststoffformenstähle Marke Standard C Mn S Cr Mo Ni V Andere Härte Festigkeit M314 ~ ,32 1,50 0,15 15,70 0,15 0, ~ 300 HB M310 ~ ,41 0,35 < 0,005 14,25 0,20-0,20-50 bis 54 HRC M300 ~ ,38 0,60 < 0,015 16,00 1,00 0, MPa M340 0,54 0,40 < 0,003 17,30 1,10-0,10 + N 52 bis 58 HRC M390 1,90 0,30 < 0,030 20,00 1,00-4,00 W 0,6 56 bis 62 HRC

10 Typische Warmarbeitsstähle BÖHLER Marke BÖHLER grade Chem. Zusammensetzung in % / Chem. Composition in % C Si Mn Cr Mo Ni V Sonst./Others Normen DIN / EN / AISI W300 W302 1) 1) 0,38 ~ 1 0,40 5,00 1,30-0,40 - <1.2343> / H11 X38CrMoV5-1 0,39 ~ 1 0,40 5,20 1,30-0,95 - <1.2344> / H13 X40CrMoV5-1 5% Cr W303 W350 0,38 0,40 0,40 5,00 2,80-0,55 - <1.2367> X38CrMoV5-3 0,38 0,20 0,55 5,00 1,75-0,55 +N - W360 0,50 0,20 0,25 4,50 3,00-0, % Cr W400 W403 W320 W321 0,37 0,20 0,25 5,00 1,30-0,45 - ~ / ~H11 ~C37CrMoV5-1 0,38 0,20 0,25 5,00 2,80-0,65 - ~ ~X38CrMoV5-3 0,31 0,30 0,35 2,90 2,80-0,50 - <1.2365> / H10 32CrMoV12-28 (X32CrMoV3-3) 0,39 0,30 0,35 2,90 2,80-0,65 Co=2,90 ~ / H10A ~X32CrMoCoV3-3-3

11 Anforderungen an Werkzeugstähle Spritzgießen G Gewindebohrer Druckgießen Feinstanzen Gewindebohrer Festigkeit (Warmfestigkeit, Druckfestigkeit) Thermische Beständigkeit (Anlassbeständigkeit) Zähigkeit, Duktilität Wärmeleitfähigkeit Temperaturwechselbeständigkeit Verschleißbeständigkeit Dauerfestigkeit Korrosionsbeständigkeit Bearbeitbarkeit

12 AMPO Produkt-Mix

13 3D-Drucken von C-Stahl = Schweißeignung von Stahl bestimmt durch C-Gehalt (<0,22%) und Abkühlgeschwindigkeit!

14 3D-Drucken von C-Stahl Eigenspannung während SLM-Prozess Temperaturgradientenmechanismus Verhinderte Schrumpfung

15 3D-Drucken von C-Stahl Eigenspannung während SLM-Prozess Phasenumwandlung

16 3D-Drucken von C-Stahl Porosität Rissbildung Bindefehler.. Härte [HV1] 53 HRC 50 HRC 48 HRC Pulvervorwärmtemperatur

17 3D-Drucken von C-Stahl

18 T Vorw = 450 C 3D-Drucken von C-Stahl T Vorw = 400 C R = 492 mm T Vorw = 300 C R = 385 mm T Vorw = 200 C R = 302 mm T Vorw = Ohne Eigenspannungsmessung mittels Twin-cantilever

19 3D-Drucken von C-Stahl R = 2145 mm T Vorw = 560 C R = 2366 mm T Vorw = 500 C R = 1053 mm T Vorw = 450 C R = 1736 mm T Vorw = 400 C

20 3D-Drucken C-freier Werkzeugstahl Fe-15Mo-25Co C-freier Martensit Ausscheidung von sekundärer µ-phase Weiße Phase: (Fe,Co) 7 Mo 6 ~ 1200HV = µ-phase

21 3D-Drucken C-freier Werkzeugstahl Vorwärmtemperatur 500 C

22 3D-Drucken C-freier Werkzeugstahl

23 3D-Drucken C-freier Werkzeugstahl Lösungsgeglüht!

24 3D-Drucken C-freier Werkzeugstahl Ausgelagert bei 650 C

25 3D-Drucken C-freier Werkzeugstahl Fe Co Mo As-printed

26 Anwendungen Werkzeugstahl Rollkopf von LMT Fette zur Herstellung von Außengewinden mittels Kaltmassivumformung Quelle:

27 Anwendungen Werkzeugstahl Quelle: Leicht Schnell Funktionsintegriert

28 Anwendungen Werkzeugstahl Optimierte Kühlmittel- Zuführung bei anwendungsbezogenen CTline Rollköpfen von LMT Fette Quelle:

29 Anwendungen Werkzeugstahl 5% Wasserstopfenbohrer-konventionell Anforderung: Spanfreies Bauteil zur Vermeidung manueller Bauteilkontrolle 95% Quelle: Außerhalb Innerhalb

30 Anwendungen Werkzeugstahl Downsizing bedingt kleinere Werkzeuge, die konventionell nicht gefertigt werden können weitere Verbesserungen hinsichtlich Spanabfuhr bedingen weitere Reduktion der im Bauteil verbleibenden Späne Quelle:

31 Anwendungen Werkzeugstahl - Ausblick

32 Anwendungen Werkzeugstahl - Ausblick Welche Anforderungen werden zukünftig an die Werkstoffe gestellt?

33 Anwendungen Werkzeugstahl - Ausblick

34 Thank You!