Spritzgießen

Plastifiziersystem für kleinste Einspritzmassen

Geometrie der Inversschnecke für das Mikrospritzgießen.

In der Mikrosystemtechnik spielen Kunststoffe eine zunehmend wichtige Rolle. Medizintechnik und mikrooptische Systeme sind nur zwei Beispiele für wichtige Einsatzbereiche. Im direkten Vergleich zu makroskopischen Produkten werden an Mikrobauteile aus Kunststoff überwiegend erhöhte Qualitätsanforderungen gestellt.

Wichtig ist vor allem die präzise Ausformung mikroskopischer Details. In Kombination mit den ohnehin schon kleinen Massen ist für den Spritzgießprozess besonders die reproduzierbare prozess- und materialgerechte Plastifizierung der benötigten Kleinstmenge an Schmelze eine große Herausforderung. Konventionelle Plastifiziersysteme, die auf Schubschnecken beruhen, unterliegen beim Einspritzen Masseschwankungen, da sie in ihrer Bauform nicht beliebig verkleinert und so an die geringen Massen anpassbar sind. Daher müssen alternative Plastifiziersysteme konzipiert und auf ihre Einsetzbarkeit für das Mikrospritzgießen getestet werden.

Ein solches System wird derzeit am Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) entwickelt. Das neuartige Konzept zeichnet sich dadurch aus, dass die zur Plastifizierung und Förderung notwendigen Schneckengänge auf der Innenseite des Zylinders angebracht sind - man spricht daher von einer Inversschnecke. Im Inneren rotiert ein Kolben, der in seinem Durchmesser auf die geringen Schussgewichte von Mikroformteilen angepasst ist. Für den Einspritzvorgang wird der Kolben axial im Zylinder verfahren. Dieses Konzept könne die gesamte plastifizierte Masse im System deutlich reduzieren und damit die Gefahr einer thermisch induzierten Materialdegradation vermeiden. Zusätzlich ermöglicht der geringe Kolbendurchmesser eine gute Wegauflösung und damit eine präzise reproduzierbare Einspritzbewegung.

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Die Funktionalität des Systems der inversen Schnecke wurde bereits an einem motorisierten Prototyp nachgewiesen. Neben der Förderwirkung konnte dabei auch die Mischwirkung mithilfe eines farbigen Masterbatchs nachgewiesen werden. Derzeit analysieren die IKV-Forscher systematisch die unterschiedlichen Einflussparameter wie Drehzahl, Kolben- und Zylindergeometrie sowie Oberflächenbeschaffenheit auf den Plastifizierprozess und optimieren somit schrittweise das Konzept. Die dabei gewonnenen Erkenntnisse sollen anschließend in einem neuartigen Plastifiziersystem umgesetzt und anhand von Spritzgießversuchen evaluiert werden.

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