Leichter und kompakter konstruieren

Mehr Funktionen in die Form

Die additive Fertigung von Werkzeugen bietet gegenüber konventionellen, spanenden Verfahren einige Vorteile und zusätzliche Möglichkeiten – nicht nur bei der Kühltechnik. Zudem sind, je nach Werkzeugaufbau, geringere Bauzeit und kompakterer Aufbau möglich.

Die Grafik zeigt, wie nah die Kanäle zum Vorheizen und Abkühlen an der Kontur des Werkstücks angelegt werden können. Dies ist nur mit dem schichtweisen Aufbau des Formeneinsatzes möglich. (Bilder: BKL)

Mit den neuen Geometrien, die sich sinnvoll nur im 3D-Druck realisieren lassen, ergeben sich entscheidende Vorteile im Vergleich zum aktuellen Stand der Technik: So lassen sich durch das gezielte Vorheizen oder Kühlen des Werkzeugs an den Oberflächen auch im Material sparenden Schäumverfahren hochwertige Hochglanzteile spritzen. Das bedeutet: Auch bei der Fertigung von Hochglanzteilen können alle Vorteile des Schäumverfahrens beim Spritzgießen genutzt werden, wie Materialersparnis um bis zu 10 Prozent und kürzere Fertigungszyklen.

Im Detail funktioniert das wie folgt: Mit dem metallischen 3D-Druck können Bereiche des Werkzeugs, die normalerweise nach der Bearbeitung massiv bleiben, laut Laser-Dienstleister BKL Lasertechnik durch Wabenstrukturen ersetzt werden, die sich in der Festigkeit von massiven Bauteilen kaum unterscheiden. Neben der Gewichtsersparnis von über 50 Prozent lasse sich mit solchen Gitterstrukturen die Wärmeleitfähigkeit einzelner Bereiche des Werkzeugs nach Belieben gestalten. Denn der entstandene Hohlraum funktioniert zugleich als Isolierung. Durch Reduzieren des Volumens wird zudem der Energiebedarf zum Heizen und Kühlen reduziert, da weniger Masse zu erwärmen ist. Dank der volumenreduzierten Gitterstrukturen kann der Formeinsatz extrem schnell erhitzt und abgekühlt werden. Wie schnell die Form auf die Temperierung reagiert wird aus der Tabelle unten ersichtlich. Diese zeigt, wie schnell manche Bereiche erhitzt und wieder abgekühlt werden können, während andere Bereiche konstant die Temperatur halten.

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Formeinsätze mit solchen Gitterstrukturen lassen sich nur im 3D-Druck realisieren. Dass das Werkstück dank der Volumenreduzierung leichter ist als konventionell produzierte, ist offensichtlich.

Neben der gezielten Gestaltung der Oberflächen durch die „Wärmesensibilität“ der Formen, ergeben sich aus dem volumenreduzierten Leichtbau weitere Vorteile für den Spritzgießer. Aufgrund der kurzen Aufheizzeiten wird Energie gespart. Insgesamt reduziert sich im Schaumspritzguss auch die Belastung der Spritzgießmaschine, da lediglich mit 200 bar Spritzdruck gearbeitet wird (Mucell-Spritztechnik). Zudem müssen die Spritzgießmaschinen dank des Leichtbaus der volumenreduzierten Formen deutlich geringere Haltekräfte aufbringen. So verringert sich der Verschleiß und der Maschinenpark kann länger genutzt werden.

Einsparung von Betriebsmitteln

Durch verbesserte Temperierung der Formen können die Fertigungszyklen deutlich verkürzt werden. Das bedeutet, der Spritzgießer kann laut BKL die Produktionskapazität eines vorhandenen Maschinenparks ohne zusätzliche Investitionen um bis zu 30 Prozent erweitern.

Die Leistungsfähigkeit der in additiven Verfahren aufgebauten Kühltechnologie – einzelne Bereiche werden sehr schnell erwärmt erhitzt und wiedergekühlt, während andere Bereiche konstant die Temperatur halten.

Die Gitterstruktur zur Herstellung von Werkzeugformeinsätzen, die gezielt konturnah aufgeheizt oder gekühlt werden können, ist seit etwa zwei Jahren fertig entwickelt und bereits erfolgreich in der Praxis getestet worden. Mit den neuen dreidimensionalen Strukturen der Formeinsätze lassen sich hohe Sparpotenziale realisieren. Besonders hoch seien diese, wenn der additive Formenbau mit der Schäumtechnik kombiniert wird. Besonders bei Hochglanzteilen, gebe es zu diesem Verfahren kaum keine Alternative. Die heute durch die additive Fertigung realisierbaren Geometrien eröffnen ganz neue Möglichkeiten bei der Gestaltung von Werkzeugen und diese seien bei Weitem noch nicht ausgeschöpft.

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