Trennmittelfreies Druckgießen durch laserstrukturierte Werkzeugoberflächen (SurfPlus)

Im explorativen Projekt SurfPlus (Trennmittelfreies Druckgießen durch laserstrukturierte Werkzeugoberflächen) entwickelt die Hochschule Aalen ein Verfahren, mit dem verhindert wird, dass Bauteile bei der Herstellung im Druckgussverfahren an der Gussform anhaften. So kann auf den Einsatz von Trennmitteln verzichtet werden. Das Vorhaben ist an das Impulsprojekt InDiMat angegliedert und wird von Prof. Dr. Harald Riegel geleitet.

Herausforderung

Der Aluminiumdruckguss gewinnt für den Einsatz im Leichtbau immer mehr an Bedeutung, da sich damit sehr präzise geformte, stabile und beständige Bauteile in großer Stückzahl fertigen lassen. Bauteile aus Aluminiumdruckguss kommen unter anderem im Fahrzeugbau zum Einsatz, wo sie helfen, das Gewicht der Fahrzeuge zu reduzieren und sie somit sparsamer zu machen. Allerdings müssen bei bisherigen Druckgussverfahren spezielle Trennmittel eingesetzt werden, die auf die temperierte Gussform  aufgesprüht werden und verhindern, dass das Bauteil an der Form haften bleibt. Ihr Einsatz bringt jedoch Nachteile mit sich: Er ist kostenintensiv, und das Material der Gussformen bekommt durch das Aufsprühen und die dadurch verursachte rasche Abkühlung Risse, so dass ihre Lebensdauer beeinträchtigt wird.

Ziele und Vorgehen

Im Projekt SurfPlus sollen Oberflächen mit ultrakurzen Laserpulsen bearbeitet werden, um ihnen eine Struktur zu verleihen, die das Anhaften des Bauteils an der Gussform verhindert. Mit dem Laser lassen sich die Benetzungsfähigkeit der Oberfläche und die Kennwerte zur Reibung gezielt und reproduzierbar einstellen. Die Strukturen haben eine Größenordnung im Mikrometer- und Submikrometerbereich; sie werden im Projektverlauf mittels Rasterelektronen- und Lichtmikroskopaufnahmen, Kontaktwinkelmessungen sowie Topographiebestimmung mittels Weißlichtinterferometer umfassend charakterisiert und dann im Druckgussverfahren getestet. Die Oberflächenstrukturierung wird zunächst an einem Einlegeteil getestet, das mit Aluminium umgossen wird; später soll die Technik dann auf die Gussformen übertragen werden, um daraus einen trennmittelfreien Gießprozess zu entwickeln.

Innovationen und Perspektiven               

Durch den Einsatz des kostenintensiven Trennmittels und die zusätzlich benötigten Absaug- und Filtervorrichtungen sind Druckgussverfahren heute oft nur bei hohen Stückzahlen wirtschaftlich – obwohl die Technik in Sachen Genauigkeit und Flexibilität eigentlich Vorteile gegenüber anderen Verfahren wie der Umformung hat. Die Vermeidung von Trennmitteln könnte somit den im Bereich Aluminiumdruckguss tätigen KMU der Region einen entscheidenden Impuls verleihen. Insbesondere im Bereich Elektromobilität besteht ein hoher Bedarf an Leichtbauteilen, für deren Herstellung das Druckgießverfahren  ideal geeignet ist. Zudem helfen die Erkenntnisse der Hochschule Aalen, ihr Forschungsprofil zu schärfen, da sie neue Erkenntnisse im Bereich der Oberflächenbearbeitung und Photonik liefern werden. Über das Teilprojekt InDiMat wird auch die gesamte Impulspartnerschaft SmartPro von den Erkenntnissen proftieren.