Ziel der Entwicklung
Die zunehmende Marktdurchdringung der additiven Fertigung und die damit einhergehende Reduktion von Produktionskosten in Kombination mit einer kontinuierlich zunehmenden Anzahl verfügbarer Werkstoffklassen machen auch für Schneidwerkzeuge in der Lebensmittelverarbeitung die Anwendung der 3D-Drucktechnologie attraktiver. Der Einsatz von additiv gefertigten Schneidwerkzeugen für die Wolftechnologie bei der Lebensmittelverarbeitung steht jedoch noch ganz am Beginn der Praxiseinführung.
Das Ziel des Vorhabens bestand darin, geeignete Wärmebehandlungs- und Beschichtungstechnologien für aktuell am Markt verfügbare Stahllegierungen zu evaluieren, um deren Verwendung zur additiven Fertigung von industriell einsetzbaren, ausreichend verschleißbeständigen Wolflochscheiben zu ermöglichen.
Vorteile und Lösungen
Die Vorteile einer additiven Fertigung liegen gleichermaßen in einem durch das selektive Herstellungsverfahren verringerten spezifischen Materialeinsatz, in einem reduzierten Fertigungsaufwand für komplexere Schneidgeometrien und in der Erschließung neuer Designkonzepte.
Eine kombinierte Randschichtbehandlung durch Plasmanitrieren und anschließende Deposition einer verschleißbeständigen PVD-TiCN-Hartstoffschicht erwies sich als ein prinzipiell geeignetes Verfahren zur Standzeitverlängerung von aus bereits am Markt verfügbaren, additiven Stahllegierungen hergestellten Wolflochscheiben. Die Entwicklung volumenhärtbarer Stähle für den 3D-Druck bleibt jedoch weiterhin erstrebenswert.
Außerdem wurde ein Mitteltemperatur-CVD-Verfahren zur Abscheidung einer verschleißbeständigen TiCN-TiC-Hartstoffschicht mit um 100 K reduzierter Prozesstemperatur entwickelt, welches für eine Vielzahl unterschiedlicher Werkstoffklassen appliziert werden kann und nicht auf additiv gefertigte Werkzeuge bzw. Verschleißteile begrenzt ist.
Zielgruppe und Zielmarkt
Die im Rahmen des Forschungsvorhabens entwickelten Beschichtungstechnologien, insbesondere das MT-CVD-Verfahren zur Abscheidung von TiCN-TiC sowie das spezielle Duplexverfahren PN + PVD TiCN können problemlos für unterschiedliche industrielle Anwendungen nachgenutzt werden. Die Vielseitigkeit dieser Technologien ermöglicht ihren Einsatz für Applikationen mit hohen Anforderungen an Verschleißfestigkeit, Oberflächenhärte und Temperaturbeständigkeit, wie beispielsweise in der Fleischindustrie, Werkzeugindustrie, Luft- und Raumfahrtbranche, Automobilindustrie und Medizintechnik.