Spritzgießwerkzeug drucken

Meinolf Droege,

Heute designt – morgen spritzgegossen

Klingt nach Wunschdenken, ist aber in einigen Fällen möglich: Mit Hilfe des 3D-Drucks lässt sich die Zeitspanne zwischen Produktdesign und erstem Serienteil aus dem Spritzgießwerkzeug drastisch verkürzen.

Werkzeugeinsätze aus 3D-gedruckten Kunststoffeinsätzen ermöglichen sehr schnelle Korrekturschleifen beim Bau von Spritzgießwerkzeugen. © SKZ

Der 3D-Druck ist bis heute eher als Verfahren für das schnelle Erstellen von Prototypen bekannt. Schließlich ist es in der Entwicklung entscheidend, erste Produktmuster bereits vor der kosten- und zeitintensiven Fertigung eines Spritzgießwerkzeugs in den Händen zu halten. Solche Muster sind in der Regel nicht aus dem originalen Werkstoff und für Funktionstests nur bedingt einsetzbar. Allerdings ist die Funktionalität derartiger Prototypen, die als Anschauungsmuster dienen, meist nicht entscheidend. Das Drucken von Bauteilen, die den Anforderungen des Spritzgießens gerecht werden sollen, ist mit den heutigen Druckverfahren überwiegend nur eingeschränkt realisierbar. Gründe dafür sind beispielsweise die begrenzten Materialauswahl und die anisotropen mechanischen Eigenschaften der gedruckten Teile. Dennoch wächst auf Grund der immer kürzeren Produktlebenszyklen der Wunsch nach realen, belastbaren Prototypen aus dem Originalmaterial. In der Serienfertigung ist das Spritzgießen auf Grund der im Vergleich zum 3D-Druck geringeren Stückpreise und der schnelleren Fertigung ohnehin nach wie vor das Mittel der Wahl.

Es bietet sich an, statt der Prototypen das Spritzgießwerkzeug zu drucken.

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Basis der 3D-Druck-Technologie ist das Digital Light Processing (DLP). © SKZ

Am SKZ arbeiten interdisziplinär aus den beiden Fachbereichen Additive Fertigung und Spritzgießen Experten an der Realisierung dieses Ziels. Erste Erfolge in der Umsetzung sind laut Unternehmen mit einem Drucker von Envisiontec, der auf dem Digital Light Processing (DLP) basiert, erzielt worden. Ausgangsstoff für dieses Verfahren ist ein UV-aushärtendes Harz, das im DLP-Projektor schichtweise belichtet wird. Neben der hohen Temperaturstabilität des vernetzten Harzes ist im Druckverfahren eine Oberflächentoleranz von wenigen Mikrometern abbildbar.

In der Entwicklung hin zur Serienreife führt schließlich kein Weg an der Spritzgießform vorbei. Auch ohne Anpassungen im Laufe des Entwicklungsprozess dauert eine Änderung der Spritzgießform einfach seine Zeit. Gerade im Zeitalter kürzerer Produktlebenszyklen ist dies allerdings ein interessantes Thema, bei dem Optimierungspotentiale vorhanden sind.

Ziel eines SKZ-Projekts ist es, mit gedruckten Kunststoff-Werkzeugeinsätzen aus dem DLP-Verfahren unter anderem, eine Änderungsschleife des Werkzeugs an nur einem Arbeitstag zu ermöglichen. Die Vorteile: Bauteileigenschaften lassen sich realistisch untersuchen, da das Prototyp-Bauteil im Spritzgießverfahren produziert ist. Hierdurch sind sowohl Funktionstest von kompakt-spritzgegossenen-Bauteilen möglich, als auch größere Prototyp-Stückzahlen. Dies bedeutet letztendlich erhebliche Einsparungen in der Werkzeugentwicklung, sowohl die direkten Kosten als auch Entwicklungs- und Korrekturzeit betreffend.

Es gelte, unterschiedliche thermische Eigenschaften und entsprechende Änderungen der Bauteileigenschaften zu beachten, dennoch seien die Entwickler am SKZ mit den Ergebnissen sehr zufrieden. der 3D-Druck werde das Spritzgießen nicht ersetzen, aber in vielen Bereichen innovativ ergänzen. Dennoch seien noch viele Fragestellungen offen, darunter zu den Kosten im industriellen Einsatz, zu den möglichen Stückzahlen, die mit Kunststoffeinsätzen erzielbar sind und zum Spektrum der einsetzbaren Kunststoffe. An diesen und weiteren Fragen werde derzeit gearbeitet. Zudem biete das SKZ – neben weiteren Projekten mit gesinterten Einsätzen – weitere Forschungsaktivitäten rund um die Additive Fertigung, ebenso diverse Schulungen zu Werkzeugtechnik und 3D-Druck.

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