Additiv gefertigte Kunststoffwerkzeuge für das Tiefziehen von Feinblech

Die vorliegende Dissertation leistet einen Beitrag, additiv gefertigte Kunststoffwerkzeuge für das Tiefziehen von Feinblech zu befähigen. Neben der Charakterisierung verschiedener 3D-Druckmaterialien, wird die Eignung der Werkzeugwerkstoffe auch anhand von Tiefziehversuchen überprüft. Um die untersuchte Werkzeugtechnologie auch für anspruchsvolle Tiefziehaufgaben mit hohen Toleranzvorgaben einsetzten zu können, wird ein Kompensationsmodell zur Optimierung von Bauteilgenauigkeiten entwickelt.

Das Tiefziehen hat eine lange Historie in der Herstellung von Gebrauchsgütern. Aufgrund der hohen Automatisierung und Produktivität ist das Fertigungssystem besonders wirtschaftlich in der Großserienproduktion. Für kleine Stückzahlen hingegen stößt das Fertigungsverfahren jedoch aufgrund hoher Werkzeugkosten an wirtschaftliche Grenzen. Ein vielversprechender, bislang wenig erforschter Ansatz zur Reduktion der Werkzeugkosten ist die Nutzung der kunststoffbasierten additiven Fertigung für die direkte Herstellung der Werkzeuge. Trotz des hohen wirtschaftlichen Potentials der Werkzeugtechnologie sind grundlegende Verhaltensweisen, wie die Verwendung geeigneter Werkzeugwerkstoffe oder die Leistungsfähigkeit der Werkzeuge noch nicht ausreichend erforscht, sodass eine industrielle Nutzung bislang verwehrt bleibt. Die vorliegende Dissertation leistet einen Beitrag, additiv gefertigte Kunststoffwerkzeuge für das Tiefziehen von Feinblech zu befähigen. Ausgangspunkt der Untersuchungen stellt die Charakterisierung verschiedener 3D-Druckmaterialien und -parameter hinsichtlich ihrer Eignung als Werkzeugwerkstoff dar. Anhand einer Simulationsstudie erfolgt die Abschätzung des Anwendungsbereichs der untersuchten Werkzeugtechnologie. Ausgehend von den ermittelten Grundlagen werden verschiedene praktische Tiefziehversuche durchgeführt, um die Eignung der Werkzeugwerkstoffe auch unter realen Bedingungen zu überprüfen. Die Ergebnisse liefern Rückschlüsse auf die Leistungsfähigkeit der Werkzeuge, welche sich insbesondere in den abbildbaren Bauteilgenauigkeiten sowie dem Werkzeugverschleiß widerspiegeln. Um die untersuchte Werkzeugtechnologie auch für anspruchsvolle Tiefziehaufgaben mit hohen Toleranzvorgaben einsetzten zu können, wird ein Kompensationsmodell zur Optimierung von Bauteilgenauigkeiten entwickelt. Zur Prüfung der gewonnenen Erkenntnisse erfolgt die Anwendung der untersuchten Werkzeugtechnologie anhand realer Praxisbeispiele der produzierenden Industrie. Die Untersuchungen sowie der daraus abgeleitete Erkenntnisgewinn bilden die Grundlage für einen erfolgreichen Einsatz von additiv gefertigten Kunststoffwerkzeugen für das Tiefziehen von Feinblech.