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Wirtschaftlicher Produzieren - Spritzgießen mit 3D-gedruckten Werkzeugeinsätzen

Wirtschaftlicher ProduzierenSpritzgießen mit 3D-gedruckten Werkzeugeinsätzen

Kleine und mittlere Serien wirtschaftlicher Produzieren. Werden nur kleine Losgrößen von einem Kunststoffteil benötigt oder befindet sich das Bauteil noch in der Entwicklung, kann der 3D-Druck helfen, Werkzeug- und Fertigungskosten einzusparen. Statt aufwändiger Stahlwerkzeuge sind gerade im Prototypenbau und bei den immer individuelleren Gestaltungen der Bauteile flexiblere und kostengünstigere Lösungen gefordert.

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3D-Formeinsatz aus Kunststoff

Eine direkte Teileproduktion aus dem 3D-Drucker unterscheidet sich jedoch erheblich von einem Spritzgießteil. So weichen beispielsweise die physikalischen Eigenschaften 3D-gedruckter Bauteil von spritzgegossenen Teilen teils erheblich ab. Eine Lösung können 3D-gedruckte Formeinsätze aus speziellen Kunststoffen oder Metall bieten, mit denen sich – eingebaut in ein Kassettenwerkzeug – sehr kostengünstig Kunststoffteile herstellen lassen.

Basierend auf den CAD-Daten des Kunststoffteils lassen sich die Druckdaten der Werkzeug-Formeinsätze entsprechend aufbereiten und 3D-Drucker erstellen die Form. Je nach Größe der Bauteile ist das bereits in Minuten möglich, für größere Konstruktionen sind auch längere Bearbeitungszeiten erforderlich. Dennoch entstehen diese Werkzeug-Formeinsätze deutlich schneller und kostengünstiger als klassische gefertigte Formen aus Stahl.

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Von der Kunststoff- zur Metallform
In den letzten zwei Jahren revolutionieren die 3D-gedruckten Formeinsätze aus Kunststoff den Werkzeugbau in der kunststoffverarbeitenden Industrie. Niedrige Werkzeugkosten durch 3D-gedruckte Formeinsätze sowie die schnelle Umsetzung von Änderungen sind die entscheidenden Vorteile für die Anwender. Ein Wermutstropfen sind bei diesen Werkzeugen jedoch deren Standzeiten. Je höher die Temperaturen der Materialien sind und hohe Einspritzdrücke belasten die Formeinsätze deutlicher und die Einsatzzeiten der 3D-gedruckten Formen schwinden. Gerade bei Kleinserien und mittelhohe Stückzahlen wünschen sich viele Anwender daher standfestere Lösungen. Diese ist mit der Verwendung von 3D-gedruckten Formeinsätzen aus Metall gegeben. Höhere Standfestigkeiten sowie die Möglichkeit einer teils erforderlichen Werkzeugtemperierung oder -kühlung sind mit diesen Metall-Formeinsätzen möglich. Sie bilden somit eine weitere Ausbaustufe der additiven Fertigung.

Metall-Formeinsätze

Eine gute Vorbereitung ist das A und O
Der schichtweise Druck der Formeinsätze aus Kunststoff oder Metall unterscheidet sich deutlich hinsichtlich der Planung und Konstruktion. Bei Nutzung von Metall-Formeinsätzen muss bereits im Vorfeld eine Vielzahl von Randbedingungen zusätzlich berücksichtigt werden. Komplexe und stark 3D-geformte, voluminösere Teile erfordern Temperierkanäle, die einschließlich der Anschlüsse bereits bei der Planung und Konstruktion der Formeinsätze vorgesehen werden. Ebenso muss bei metallisch gedruckten Werkzeugen die Trennebene noch bearbeitet werden, denn die Struktur der Formteiloberfläche ergibt sich aus dem Druckvorgang. Für die Erreichung einer definierten bzw. gewünschten Oberflächenqualität ist dieser zusätzliche Bearbeitungsschritt erforderlich.

Ist der technologische und monetäre Aufwand der 3D-gedruckten Formeinsätze für kleine Stückzahlen überschaubar und weit effizienter als die herkömmlichen Stahlwerkzeuge, trifft dies bei Metall-Formeinsätze je nach deren Aufbau und Komplexität nicht grundsätzlich zu. Bereits bei Auslegung der Werkzeuge bzw. der Metall-Formeinsätze sollte die Entscheidung zwischen Metall-Formeinsatz oder herkömmlichen Aluminium- oder Stahlwerkzeug getroffen werden. Dem Konstrukteur sollten daher die Potenziale der 3D-Technologie geläufig sein, um anhand der zusätzlichen Möglichkeiten den besten Weg zu einem guten und günstigen Werkzeug zu gehen.

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