Für den Medizinbereich hat Covestro ein Polycarbonat vorgestellt. Es soll robust sein und gleichzeitig ein attraktives Design ermöglichen.

Das PC eignet sich für robuste, transparente Produkte. © Covestro

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Robustes PC für den Gesundheitssektor

BASF, Bobst, Evertis und Sulayr wollen neues Recyclingkonzept PET/PE-Mehrschichtfolien entwickeln.

Best-Practice-Beispiel eines geschlossenen Recycling-Kreislaufs für PET-basierte Mehrschichtverpackungen.

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Kreislauf für PET-basierte Mehrschichtverpackungen

Bei der Kombination von PC mit Flüssigsilikonkautschuk ist die Hitzebeständigkeit des PC ein wichtiger Faktor. Covestro hat dafür ein spezielles PC vorgestellt.

Das Copolycarbonat Apec 2045 eignet sich für Medizinprodukte mit eingegossenen Dichtungen und Anwendungen im Gesundheitswesen, die eine Heißluftsterilisation bei bis zu 180 °C erfordern.

Polycarbonat für die Medizintechnik

Höhere Hitzebeständigkeit, höhere  Produktivität

Das Angebot an Fachveranstaltungen im Juni ist umfangreich: Spritzgießen, Optiken aus Kunststoff, Schäumen, InMold Coating, Kreislaufwirtschaft sind nur einige der Themen, die behandelt werden.

Spritzgießen

Nachhaltigkeit

Dienstleistungen

Lohnfertigung

Additive Fertigung

Spritzgießmaschinen

Kunststoffverarbeitung: Maschinen und Komponenten

Konferenzen, Fachtagungen, Tech-Days

Sun Chemical nachhaltige Masterbatches erleichtern das Recycling von Kunststoffinhalten, reduzieren Abfall, entsprechen gesetzlichen Vorschriften und senken den CO2-Fußabdruck.

Biokunststoffe

Standardkunststoffe

Blasformen

Hochleistungskunststoffe

Extrudieren (KU)

Compoundieren

Leistungsstarke Masterbatches mit Nachhaltigkeit kombinieren

Laborextruder und Rheometer helfen im Kleinen zu entwickeln, was die Welt im Großen verbessern soll. Eine umfangreiche Applikationssammlung für nachhaltigen Polymermaterialien.

Giant fish-shaped waste collection wire disposal container at Parnu Beach

Thermoplastische Elastomere

Messtechnik

Verbundwerkstoffe / Werkstoffverbunde

Duroplaste

Besser recycelbare und wiederverwendbare Polymerprodukte

AMPCO METAL-Legierungen verlängern die Lebensdauer von Formen, verkürzen die Zykluszeiten und verbessern die Teilequalität in der Kunststoffverarbeitung.

AMPCO Metal Deutschland GmbH  

https://www.ampcometal.com/de

Heißkanalsysteme

Komponenten für die Kunststoffverarbeitung

Werkzeug- und Formenbau

Werkzeug-, Formen- und Modellbau

RadiciGroup schließt 2020 trotz der Pandemie mit gutem Ergebnis ab, auch dank Investitionen in Innovation und Nachhaltigkeit.

Maurizio, Angelo e Paolo Radici – Shareholder der RadiciGroup

Polyamide

Gewebe, technisch

Halbzeuge und Zwischenprodukte

Kunststoff-Halbzeuge

RadiciGroup kommt gut durch die Pandemie

Die elektrische Architektur in Elektrofahrzeugen ist wesentlich anspruchsvoller als in konventionell angetriebenen Automobilen. Insbesondere bei der Isolierung von Hochvolt-Komponenten (HV) steigen die Anforderungen an die verwendeten Materialien. Mit speziell für Elektrofahrzeuge maßgeschneiderten Werkstoffen können Herausforderungen in der HV-Technologie im Automobil verwirklicht werden.

Die Isolierung von HV-Komponenten in Elektrofahrzeugen stellt hohe Ansprüche an die verwendeten Werkstoffe

Polyamid-Spezialitäten für die Elektromobilität

Kfz-Elektronik

Elektronik

Elektromobilität

Mobilität

Kunststoff

Bauwesen

Baustoffe

Hochspannung im Auto

Bei Großkonzernen hat ein neues Design für das Markenlogo häufig auch Auswirkungen auf Zulieferbetriebe. Das war etwa bei VW der Fall. Der Zulieferer der Fahrzeugembleme musste das Design umstellen – und setzte dabei als Material auf PMMA.

Das aktuelle VW-Emblem, wie hier beim ID.3, kombiniert weiße Buchstaben mit einem tiefschwarzen Hintergrund. Hergestellt werden die beiden Elemente aus zwei Farbvarianten der Plexiglas-Hi-Gloss-Reihe

Polymethylmethacrylat

Wie das Rebranding des VW-Logos die Produktion beeinflusst

Automobilbauteile aus Kunststoff gelten als schwer recycelbar. Ein Video gibt nun Einblicke in ein aktuelles Recyclingprojekt.

Radkappen und Airbags aus Polyamid werden von Radici zu Compounds aufbereitet

Video zum Recycling von Automobilbauteilen

Lehvoss stellt auf der Messe Compounds für Leichtbauanwendungen vor, die u. a. als Metallersatz zum Einsatz kommen soll. Darunter ist etwa ein carbonfaserverstärktes Compound auf Polyphthalamid-Basis (PPA).  

Lehvoss zeigt Compounds für Leichtbauanwendungen

Compound

Messe Fakuma

kunststoffe.de

Faserverbundwerkstoffe

Andere Werkstoffe

Metallersatz mit PPA-Compounds

Die Wende hin zum Elektroautomobil verändert das Design der Fahrzeuge. Der Kunststofferzeuger Röhm hat dafür spezielle Polymethylmethacrylat-Formmassen (PMMA) entwickelt. Sie werden unter der bekannten Marke Plexiglas des Unternehmens vertrieben. Wie sich mit diesen gestalterische Ansprüche und funktionale Eigenschaften verbinden lassen, zeigt das Unternehmen auf der Fakuma.

Plexiglas Resist AG 100 kommt etwa bei dem Elektrofahrzeug ID.3 von Volkswagen zum Einsatz 

Höhere Designfreiheit für Elektroautos

Compounds aus recycelten Kunststoffen, etwa aus PET-Flaschen, sind auf der Fakuma bei Barlog Plastics zu sehen. Außerdem stellt das Unternehmen Kunststoffe speziell für die Elektromobilität vor.

Für das Thermomanagement von Batterien in Elektrofahrzeugen bietet Barlog wärmeleitfähige Compounds an.

Nachhaltige Compounds aus technischen Kunststoffen

Hochwertige Oberflächen im Automobilinnenraum gewinnen aus Kundensicht immer mehr an Bedeutung. Asahi Kasei hat dafür die Leona-SG-Serie entwickelt. Der japanische Konzern stellt die teilaromatischen Polyamide (PA) dieses Jahr auf der Fakuma vor.

Im Automobilinnenraum sind Materialien mit guten mechanischen Eigenschaften gefragt, die gleichzeitig sehr hochwertige Oberflächen ermöglichen

Höhere Oberflächenqualität im Automobil-Interieur

Die Passformen für Orthesen werden in der Regel gefräst. Das ist weder für den Patienten noch für den Hersteller optimal. Im Rahmen einer Fallstudie untersuchte Lehmann & Voss daher, ob der 3D-Druck eine Alternative darstellt – sowohl aus ökologischer als auch ökonomischer Sicht.

Orthopädische Hilfsmittel wie Orthesen (Bild 1) sind stets patientenbezogen und müssen daher individuell gefertigt werden. Es gilt, die jeweils optimale Passform zu erzeugen, welche die besonderen ergonomischen Anforderungen erfüllt. Bei der Modellierung der 3D-gescannten Strukturen des Patienten fließt daher auch das Know-how des Orthopädietechnikers beziehungsweise des spezialisierten Biomechanikers ein, um ein oberflächenoptimiertes Modell zu erzeugen. Das Ganze verfolgt letztlich ein Ziel: die Erstellung kosten- und handhabungsoptimierter Laminiernormale (Laminierformen oder Laminierwerkzeuge), zur Fertigung hochentwickelter Orthesen aus CFK-Laminaten (carbonfaserverstärkter Kunststoff).

Ein Verfahren zur Herstellung solcher Werkzeuge ist das Fräsen aus Halbzeugen, in der Regel Blockware aus Werkzeugbauschäumen (Bild 2). Das Verfahren ist in der Praxis etabliert und seit vielen Jahren bewährt. Es hat aber auch einige Nachteile, die sich ökonomisch sowie ökologisch bemerkbar machen. So bestehen die Werkzeugbauschäume meist aus duroplastischem Polyurethan (PUR). Dessen Zerspanung ist zwar unkritisch, allerdings entstehen dabei große Mengen feiner Stäube. Sie führen zu erheblichem Reinigungsaufwand in Räumlichkeiten und Filteranlagen. Die leichten Stäube führen unter Umständen, beispielsweise durch Verschleppung in die CFK-Prepregverarbeitung, zu Qualitätseinbußen durch Fremdmaterialeinschluss an den laminierten Bauteilen.

Hinzu kommt: Die zu zerspanenden Formblöcke müssen zur Vorbereitung des Fräsprozesses zugeschnitten werden. Dabei entsteht, neben weiteren Staubanteilen, auch Blockabschnitt. Beim Staub, bei den Blockabschnitten sowie letzten Endes bei der zu entsorgenden Laminierform handelt es sich um Sonderabfälle. Das bedeutet, der Hersteller muss sie (nach Ablauf der gesetzlich vorgeschriebenen Verwahrzeit) der getrennten und teuren Reststoffentsorgung zuführen.

Der 3D-Druck mittels Filament eröffnet die Möglichkeit, die Prozess- und Fertigungskette deutlich zu entzerren. Durch das generative Verfahren entstehen im Prinzip keine Produktionsabfälle- und Reststoffanteile. Denn der Materialeinsatz beschränkt sich ausschließlich auf das zu fertigende Werkzeug. Kontaminationen der Umgebung sind ebenfalls nahezu ausgeschlossen. Zusatzkosten infolge Qualitätsminderung oder aber durch aufwendige Reinigung der Arbeitsumgebung entfallen.

Was sich in der Theorie gut anhört, muss in der Praxis ebenfalls überzeugen. Das sahen auch der Materialhersteller Lehmann & Voss und der Orthesen-Hersteller Adviva so. Für eine gemeinsame Fallstudie untersuchten sie den Herstellungsprozess der Passform mittels 3D-Druck. Als Werkstoff wurde Luvocom 3F PET CF 9780 BK (Bild 3), ein kohlefaserverstärktes Filament auf Basis von Polyethylenterephthalat (PET), ausgewählt. Der Werkstoff zeichnet sich durch hohe Festigkeit und Temperatur- und Chemikalienbeständigkeit aus.

Die Festigkeit und auch die Oberflächenhärte des Formwerkzeugs aus diesem Material bedingen einen weiteren Vorteil: Das Bauteil ist handhabungsfreundlich, da unempfindlich gegenüber Beschädigungen. Dies begünstigt einen ungestörten Laminierprozess, wirkt sich aber auch positiv auf den Transport und die Lagerung des Artikels aus. Verfahrensbedingte Anforderungen wie die erforderliche Wärmeformbeständigkeit und Feuchtefreiheit für den Aushärteprozess im Ofen-Vakuumverfahren erfüllen die gedruckten Laminierformen uneingeschränkt.

Da bereits in der Konstruktion des Modells auf minimalen Materialeinsatz geachtet wird – unterstützt durch die hohen Festigkeiten des gewählten 3D-Druckmaterials – kann mit geringem Infill (Stützstruktur im Bauteil) gearbeitet werden. Dadurch fällt ein noch geringeres Materialvolumen als Reststoff an. Da es sich bei dem PET-Filament um einen thermoplastischen Kunststoff handelt, kann dieser getrennt gesammelt und dem Recycling zugeführt werden. Nachdem die Bauteile vermahlen sind, lassen sich aus ihnen, beispielsweise über das Spritzgießen, neue technische Teile herstellen. Etabliert sich das Verfahren, kann in dieser Anwendung ein sortenreiner Materialrücklauf organisiert werden und dem Recycling steht nichts im Weg.

Neben dem Werkstoff stand für die Fallstudie auch die Bauteilmechanik im Fokus. Um die Leistung im Betrieb zu überprüfen und die Druckeinstellungen für die Form zu optimieren, kam SmartSlice für Ultimaker Cura, ein von Teton Simulation entwickeltes Software-Plugin, zum Einsatz. SmartSlice verwendet experimentelle Materialdaten, um die strukturelle Leistung von gedruckten FFF-Teilen (Fused Filament Fabrication) zu analysieren, und berücksichtigt Variablen wie Ausrichtung des Teilebaus, Materialanisotropie, Belastung und Einschränkungen sowie Druckeinstellungen wie Fülldichte, Füllmuster und Schalendicke. Hauptzweck des Plugins ist es, sicherzustellen, dass das gedruckte Teil die Leistungsanforderungen erfüllt und gleichzeitig Druckzeit und Materialverbrauch minimiert werden.

Der SmartSlice-Workflow begann mit der Auswahl des Werkstoffs (Luvocom 3F PET CF 9780 BK) aus der Materialdatenbank und der Definition der Leistungsanforderungen und Anwendungsfälle. Da die gefrästen Schaumformen empfindlich gegenüber Oberflächenbeschädigungen sind, besteht eine wichtige Anforderung an das gedruckte Teil darin, dass es während der Handhabung unversehrt bleibt. Um dies zu gewährleisten, wurde ein Sicherheitsfaktor von 3,5 definiert. Das Teil muss also dem 3,5-fachen der angenommenen Belastung standhalten, bevor es sich dauerhaft verformt oder nachgibt. In Bezug auf Lasten und Einschränkungen wurde im Simulationsprozess die Oberfläche, an welcher das Einspannhilfsmittel befestigt ist, fixiert und es wurden drei verschiedene Lasten auf den Oberflächen der Form angebracht.

Als nächstes wurde untersucht, welche Build-Orientierung die beste Leistung bei Verwendung der geringsten Materialmenge bietet. In dieser Phase wurde das Standarddruckprofil für CF 9780 verwendet. Wie in Bild 4 gezeigt, wurden drei Bauausrichtungen berücksichtigt: Seite, Rücken und aufrecht. SmartSlice berechnete einen Mindestsicherheitsfaktor von mehr als 3,5 für jede Build-Ausrichtung. Dies heißt, dass alle Teile die Festigkeitsanforderungen überschreiten. Das wiederum bedeutet, dass die Teile überdimensioniert sind.

Endergebnis für diese Phase: Die aufrechte Ausrichtung eignet sich am besten, da sie nur wenig Druckzeit und Material benötigt. Daher wurde auch nur sie weiter untersucht, um nochmals Zeit und Kunststoff einzusparen. Insbesondere wurde eine Validierung mit zwei Wänden und 20 % Füllungsdichte (Infill), den empfohlenen Mindestwerten für diese zwei Parameter, durchgeführt. Die Ergebnisse zeigten, dass zwei der drei Simulationen einen Mindestsicherheitsfaktor von weniger als 3,5 aufwiesen. Regionen, in denen der Sicherheitsfaktor niedrig war, wurden in SmartSlice aufgezeichnet (Bild 5a). Es stellte sich außerdem heraus, dass der Bereich nahe dem Ende des Einspannstabs das Potenzial hatte, nachzugeben, weshalb dort ein Modifikatornetz (Bild 5b) eingefügt wurde, um Material hinzuzufügen und das Teil lokal zu verstärken. Wie in den Bildern 5c und 5d gezeigt, wird das Teil nur in den Schichten, die sich innerhalb des Modifikatornetzes befinden, voll gedruckt (100 % Infill). Außerhalb des Modifikatornetzes beträgt die Füllungsdichte 20 %. Nach einer weiteren Validierungsrunde erfüllte das Teil schließlich die Festigkeitsanforderungen und verwendete eine minimale Menge an Material und Druckzeit.

Insgesamt wurde das Teil etwa eine Stunde in SmartSlice validiert und hinsichtlich Druckzeit und Materialverbrauch optimiert. Im Vergleich zum Standarddruckprofil und dem Wissen, dass Adviva etwa 100 Formen pro Monat druckt, spart das Unternehmen unterm Strich 50 Tage Druckzeit und 13,2 kg Material pro Jahr. Eine eingesparte Druckzeit von 50 Tagen entspricht einer Steigerung des Maschinendurchsatzes um 70 zusätzliche Formen pro Jahr.

Lehmann & Voss & Co.  

https://www.lehvoss.de

Ausgabenartikel KU06-22

Bild 1. Die „PowerSpring“-Spiralorthese unterstützt die natürliche Bewegung und trägt dazu bei, dass der Patient die selbst gesteckten Ziele schneller und besser erreicht.

Bild 2. Im Lager für duroplastische Werkzeugbauschäume

Bild 3. Das Filament Luvocom 3F PET CF 9780 eignet sich für leichte, aber gleichzeitig belastbare Bauteile.

Bild 4. Form in drei verschiedenen Bau-Ausrichtungen mit Ergebnissen aus jeder SmartSlice-Validierungsstudie

Bild 5. (a) Bereiche (rot), in denen der berechnete Sicherheitsfaktor geringer als die Anforderung von 3,5 ist, (b) Modifikatornetz, (c) Schnittansicht, die die Schicht im Modifikatornetz zeigt, und (d) Schnittansicht, die die Schicht außerhalb des Modifikatornetzes zeigt.

3D-gedruckte Laminiernormale zur Fertigung von CFK-Orthesen

Lehvoss - D-gedruckte Formen für Prothesen - KU 2022-06

Dipl.-Ing. Eric Folz ist Market Development Manager im Geschäftsbereich Customized Polymer Materials bei der Lehmann & Voss & Co. KG. Steffan Rensinghoff ist Abteilungsleitung CAD/CAM bei der Adviva GmbH.

Die Lehvoss Gruppe unter der Führung von Lehmann & Voss ist eine Unternehmensgruppe, die chemische und mineralische Spezialitäten für diverse Abnehmerindustrien entwickelt, produziert und vermarktet. Das Unternehmen wurde 1894 als Handelshaus in Hamburg gegründet. In seiner rund 125-jährigen Geschichte hat sich der inhabergeführte Konzern zu einer leistungsstarken globalen Organisation entwickelt – mit langjährigen Verbindungen zu namhaften Lieferanten und mit eigenen Produktionsstandorten in Europa, den USA und Asien.