Schneller Formenbau – effizientere Fertigung

Werkzeugstahl für Smartphones

Handschmeichler mit attraktiver, glänzender Oberfläche – speziell im Markt der Smart Devices entscheiden auch designerische Aspekte maßgeblich über den Verkaufserfolg. Aber im Verborgenen, in der Technik, spielen anspruchsvolle Oberflächen eine entscheidende Rolle. Hier erhält, obwohl die Produkte überwiegend aus Kunststoff bestehend, Stahl eine herausragende Bedeutung.

Dank sehr guter Polierbarkeit und homogenem Gefüge sowie besserer Wärmeleitfähigkeit des neuentwickelten Formenbaustahls lässt sich die Produktivität des Formenbaus und der Fertigung erhöhen. (Bild: Böhler Edelstahl)

Voraussetzung für die Leistungsfähigkeit von Mobilgeräten ist neben der ausreichenden Netzabdeckung die technische Leistungsfähigkeit der Mobilgeräte. Wert legen die Nutzer vor allem auf ein helles Display und eine hochwertige Kamera. Hier wirkt sich die Qualität des genutzten Kunststoffformenstahls besonders aus. Gespritzt werden Lichtleitplatten (LGP – Light Guiding Plates) und optische Elemente für Smartphone-Kameras aus dem vergleichsweise teuren Material PMMA (Polymethylmethacrylat). Für ein Handy-Objektiv müssen fünf bis acht Elemente hochpräzise hergestellt werden. Voraussetzung dafür ist eine ebenso präzise Form, die einen langfristigen Einsatz erlaubt. Allein von einem der marktgängigsten Smartphones, für das ein Böhler Edelstahl-Kunde Linsen herstellt, sind seit 2015 etwa 231 Millionen Stück produziert worden.

Stahl für Hochglanz

Zwei Merkmale dominieren beim Bau von Kunststoffformen: Beständigkeit gegen Korrosion sowie ausgezeichnete Polierbarkeit. Die Hersteller von Kunststoffformen fordern hohe Resistenz gegen Schwitz- und Kühlwasser sowie gegen Kunststoffe wie PVC oder Aminoplaste, die bei der Verarbeitung den Werkzeugstahl durch Säureabscheidung angreifen können. In den Kühlbohrungen dürfen keine Korrosionsprodukte den Wasserdurchfluss und damit die Wärmeableitung behindern. Eine extreme Polierbarkeit gewinnt nicht allein unter Berücksichtigung der Produktqualität, sondern auch wegen der kürzeren Herstellungszeit an Bedeutung. Gefordert sind spezielle Stahlsorten, die eine sehr homogene Zusammensetzung aufweisen. Ungleichmäßigkeiten im Gefügeaufbau, nichtmetallische Einschlüsse oder gar Hohlräume sind unerwünscht. Sie stören sowohl die Stabilität der Form als auch ihre Polierbarkeit: Wird beim Glätten beispielsweise ein Hohlraum auf- oder ein Einschluss anpoliert, muss die gesamte Form nachgearbeitet oder unter Umständen sogar verschrottet werden.

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In einem Forschungsvorhaben entwickelte Böhler Edelstahl eine neue Stahlrezeptur und ein modifiziertes Fertigungsverfahren. Der hochreine Kunststoffformenstahl wird primär in einem Lichtbogenofen (EAF) erschmolzen. Im weiteren Fertigungsprozess werden ungewünschte Bestandteile entfernt und weitere Elemente hinzudosiert. Damit der Stahl die nötigen Eigenschaften wie Reinheit, Festigkeit und Hochglanzpolierbarkeit erhält, wird er anschließend im ‚Druck-/Schutzgas Elektroschlacke-Umschmelzverfahren‘ (DESU) weiterverarbeitet.

Der so erzeugte korrosionsbeständige Stahl weist laut Unternehmen hohe Polierbarkeit für exakte Oberflächen auf. Unter dem Namen M333 Isoplast biete er gegenüber bisher genutzten vor allem eine problemlose Werkzeugfertigung. Rund 98 Prozent der aus diesem Stahl gefertigten Formen können sofort verwendet werden – und damit rund doppelt so viele, wie bei den bisher eingesetzten Stählen, beispielsweise 1.2083 ESU. Das Polieren dauere nur noch rund 40 Prozent der bisherigen Zeit. Das sind beste Voraussetzungen, die Time-to-market drastisch zu verkürzen – im Bereich Smart-Devices ein besonders wichtiger Aspekt.

Zusätzliche Vorteile bietet die höhere Wärmeleitfähigkeit des neuen Formenstahls, die kürzere Zykluszeiten und damit Produktivitätssteigerungen um 20 Prozent ermögliche. Zudem lassen sich, abhängig von den produzierten Teilen, häufig mehr Kavitäten im Werkzeug unterbringen und so die Produktivität weiter steigen.

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