3D-gedruckte Werkzeugeinsätze Wie Schaumspritzgussteile mithilfe von 3D-Druck schlierenfrei werden

Redakteur: Dipl.-Ing. Dorothee Quitter

Der 3D-Druck von Werkzeugeinsätzen für die Kleinserienproduktion mittels Spritzgießen führt zu prozessbedingten Nachteilen. Das Schaumspritzgießverfahren für Thermoplaste hat einen optischen Makel. Im Forschungsvorhaben „ADDfoam“ will das Kunststoff-Zentrum SKZ nun beide Verfahren zusammenbringen und einen Vorteil für die gefertigten Bauteile erzielen.

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Additiv gefertigte Werkzeugeinsätze könnten dem Thermoplast-Schaumspritzgießen zum Durchbruch verhelfen.
Additiv gefertigte Werkzeugeinsätze könnten dem Thermoplast-Schaumspritzgießen zum Durchbruch verhelfen.
(Bild: SKZ)

Die Verwendung additiv gefertigter Werkzeugeinsätze aus Kunststoff erfordert für das Spritzgießen ein Umdenken in der Prozessführung. Laut SKZ bedingen beispielsweise die Wärmeübertragungseigenschaften der Form maßgeblich den Kristallisationsgrad und das Schwindungsverhalten, sodass die Kunststoffeinsätze verlängerte Kühl- und somit Zykluszeiten benötigen. Außerdem führen die zyklisch wirkenden Kräfte der Schließeinheit sowie der Auswerfer zu einem schnellen Versagen der Werkzeugform.

Auch das ressourcenschonende Thermoplast-Schaumspritzgießen (TSG) hat einen Nachteil: Seine Marktdurchdringung wird nach Angaben des SKZ durch eine fehlende wirtschaftlich attraktive Inline-Produktüberwachung und die verfahrensbedingte Schlierenbildung an der Bauteiloberfläche behindert. Letzteres verhindere auch die Etablierung des Verfahrens für Sichtbauteile.

Technologie-Kombination soll Nachteile ausgleichen

Durch die Kombination 3D-gedruckter Werkzeugeinsätze mit dem TSG-Verfahren sollen nun die Nachteile der beiden Technologien auf kosteneffiziente Art und Weise ausgeglichen werden. Dafür wurde am SKZ das Forschungsvorhaben „ADDfoam“ gestartet. Die Wissenschaftler wollen die Maßhaltigkeit und Reproduzierbarkeit sowie die Oberflächenbeschaffenheit der Werkzeugeinsätze und der spritzgegossenen Leichtbauteile in Abhängigkeit von verschiedenen Fertigungsparametern untersuchen. Auch soll die Beständigkeit der gedruckten Kunstharz-Werkzeuge und die Auswirkung ihrer Verwendung – auch in Kombination mit formnahen Kühlkanälen – auf die Mechanik und Optik geschäumter Bauteile im Fokus stehen.

Schlieren sollen verhindert werden

Die Idee dahinter: Eine geringere Wärmeleitfähigkeit gedruckter Formeinsätze kann in erheblichem Maße die Ausbildung von Schlieren verringern, da die gasbeladene Schmelze an der Grenzfläche langsamer erstarrt. Die Einsparung der Nachdruckphase beim Schäumen, die geringere Schmelzetemperatur der gasbeladenen Schmelze und die verringerte Masse des Bauteils können zu einer signifikanten Zykluszeitverkürzung führen. Auch reduzieren die niedrigeren Werkzeuginnendrücke beim TSG-Verfahren die zyklische Belastung für additiv gefertigte Werkzeuge erheblich, wodurch die Formen beständiger sind und länger eingesetzt werden könnten.

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