Effizienter temperieren, schneller bearbeiten

Energie- und ressourceneffizienter produzieren: Unter dieser Zielstellung erarbeitet das Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU Lösungen für die Produktion von morgen. Anhand verschiedener Exponate aus den Bereichen Zerspanung, Werkzeugmaschinen, generative Fertigung sowie Strukturleichtbau stellt das IWU seine Kernkompetenzen bei der Entwicklung und Optimierung moderner Technologien und Verfahren für aktuelle Herausforderungen im Formen- und Werkzeugbau dar.

Durch die Entlüftung über die porösen, generativ gefertigten Strukturen konnte zudem der spezifische Spritzdruck und die Spritzzeit gesenkt werden (rechts) / Bildquelle: Fraunhofer IWU

Durch das enorme Leichtbaupotential von Verbundwerkstoffen sowie die große Flexibilität im Bauteildesign gewinnt das Kunststoffspritzgrießen auch im Automobil- und Maschinenbau zunehmend an Bedeutung. Eine zentrale Herausforderung zur Steigerung der Effizienz des Verfahrens ist die Werkzeugtemperierung. Das Spritzgießwerkzeug muss während der Bauteilfertigung möglichst präzise temperiert und nach erfolgtem Einspritzvorgang möglichst schnell abgekühlt werden. In einem von der Europäischen Union geförderten Projekt entstand gemeinsam mit der KMS Kunststoff-Metall-Schubert und der KDS Radeberger Präzisions- Formen- und Werkzeugbau GmbH ein innovativer Einsatz für ein Kunststoffspritzgießwerkzeug, das je nach Bedarf beheizt bzw. gekühlt werden kann. Die Besonderheit: Durch die gezielte, lokal begrenzte Beeinflussung der Werkstoffdichte konnte eine optimale Werkzeugentlüftung und somit schnelle Formfüllung erzielt werden. Die Werkzeugtemperierung wurde zunächst mit Hilfe von Simulationen entwickelt. In einem nächsten Schritt bestimmten die Wissenschaftler die optimale Position für die Werkzeugentlüftung. Zur Herstellung des Werkzeugs kam die generative Laserstrahlschmelztechnologie zum Einsatz. Die poröse Entlüftungsstruktur wurde in einem Herstellungsschritt mit der Werkzeugfertigung realisiert. Um die Werkstoffdichte gezielt so zu beeinflussen, dass in definierten Werkzeugbereichen ein poröses, luftdurchlässiges Werkstoffgefüge entsteht, entwickelten und erprobten die Projektpartner eigens Fertigungsparameter und eine entsprechende Belichtungsstrategie für das generative Fertigungsverfahren Laserstrahlschmelzen. Dadurch wird zukünftig eine Entlüftung auch an konventionell nicht zu entlüftenden Werkzeugbereichen möglich, in dem diese entsprechend gezielt porös ausgeführt werden. Die entwickelte Werkzeugtemperierung erlaubt eine deutliche Reduzierung der Kühlzeit um 33 % und somit eine Verkürzung der Gesamtzykluszeit um 19 %, so Mathias Gebauer, Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer IWU. Durch die Entlüftung über die porösen, generativ gefertigten Strukturen konnten zudem der spezifische Spritzdruck und die Spritzzeit jeweils um circa 5 % reduziert werden.

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