Im öffentlich geförderten Projekt ImproSurf untersuchten das IKV in Aachen und die SK Industriemodell GmbH, wie sich mit isolierenden Werkzeugbeschichtungen leichte Thermoplast-Schaumspritzgieß-Formteile mit hoher Oberflächenqualität herstellen lassen.

Mit der Werkzeugbeschichtung CeraShibo können gute Oberflächen mit einer hohen Strukturfreiheit erreicht werden (hier exemplarisch mit Holz-, Würfel- und Bürstenstruktur).

Hochwertige Oberflächen beim Schaumspritzgießen mit isolierenden Werkzeugbeschichtungen

Spritzgießen

Kunststoffverarbeitung: Verfahren

Schaumspritzgießen

Spritzgießwerkzeuge

Kunststoffverarbeitung: Maschinen und Komponenten

Werkzeuge für die Kunststoffverarbeitung

Werkzeugbeschichten

Dienstleistungen

Dienstleistungen in der Metallbearbeitung

Sichtbauteile leichtgemacht

Eine keramische CeraShibo-Beschichtung kann gegenüber konventionellen Werkzeugeinsätzen die Oberflächenqualität geschäumter Formteile deutlich verbessern.

Durch den Einsatz der Beschichtung auf dem Aluminiumwerkzeug lassen sich Oberflächendefekte deutlich reduzieren.

Isolierende Werkzeugbeschichtungen – eine Alternative zur variothermen Temperierung?

Keramik

Andere Werkstoffe

Beschichtungen

Oberflächentechnik

Chemisches Bearbeiten (Auftragen)

Schöne Oberflächen  beim Schaumspritzgießen

Die europäischen Spritzgießmaschinenhersteller arbeiten konstruktiv an Lösungen für die Zukunft – augenscheinlich unter steigendem Wettbewerbsdruck aus Fernost. Eindrücke vom Messebesuch.

Mit einem 6-Stationen-Werkzeug produzierte Yizumi dickwandige optische Linsen aus PMMA. Diese Art des Multilayer-Spritzgießens hatte Engel erstmals vor über zehn Jahren vorgestellt.

Doriat, Clemens, Dr.

Temperiertechnik

Mehrkomponenten-Spritzgießen

Folientechnik (IMD, IML, FIM, u.a.)

Messe Fakuma

kunststoffe-international.com

Spritzgussteile, allgemein

Halbzeuge und Zwischenprodukte

Kunststoff-Halbzeuge

kunststoffe.de

Handling, Handhabungstechnik

Automatisierungstechnik

Linearroboter für die Kunststoffverarbeitung

Energieeffizienz

Industrie 4.0 für die Kunststoffverarbeitung

Industrie 4.0

Elektrische Antriebe für Spritzgießmaschinen

Antriebe

Elektrische Antriebe

Spritzgießmaschinen

Multiaxialroboter für die Kunststoffverarbeitung

Co-Injektion (Barriere-/Sandwich-Spritzgießen)

Digitaler Zwilling

Software

Simulation

Kunststoff-Rezyklat

Kunststoff Werkstoffe

Gegenwind aus östlicher Richtung

Der Einsatz 3D-gedruckter harzbasierter Werkzeugeinsätze beim Schaumspritzgießen wird durch die langsamere Abkühlung der Schmelze mit einer höheren Bauteilqualität belohnt.

Additiv gefertigter photopolymerbasierter Werkzeugeinsatz für das Spritzgießen mit konturnahen Kühlkanälen, eingebaut in eine Stammform.

16:9

Synergieeffekte ermöglichen hochwertige Bauteiloberflächen und lange Werkzeugstandzeiten

Spritzgießsimulation

Additive Fertigung

Additiv gefertigte Werkzeugeinsätze für das Schaumspritzgießen

Bei der VDI-Jahrestagung Spritzgießen diskutieren rund 80 Teilnehmer Technologien und Konzepte, mit denen sich deutsche Unternehmen trotz Krise international behaupten können. Lebhafte Diskussionen mit Pro und Contra inbegriffen.

Lights-out-Production bei Rico: Das Einrichten mannloser Schichten ist mit einigem Aufwand verbunden, kann sich aber lohnen.

Wissensmanagement

Wirtschaft

Strategie und Organisation

Spritzgieß-Sonderverfahren

Thyrauer, Susanne

„Am Ende braucht man gute Nerven“

Ein am IKFF entwickeltes Werkzeug zur Untersuchung adhäsionsbedingter Entformungskräfte macht durch reproduzierbare Messungen den Einfluss von Prozessparametern und Beschichtungen im Spritzgießwerkzeug sichtbar.

Spritzgießwerkzeug zur Messung von adhäsionsbedingten Entformungskräften in Zugrichtung.

Bestimmung der adhäsionsbedingten Entformungskraft beim Spritzgießen

Messtechnik

Zug-und Druckfestigkeitsprüfgeräte

Werkstoffprüfung

Druck- / Kraftsensoren

Sensoren / Messwertaufnehmer

Die Entformung besser verstehen

Um die hohen Anforderungen in der Pharmaindustrie zu erfüllen, lässt Braunform seine Hochleistungswerkzeuge von Oerlikon Balzers beschichten. Drei Schichten, drei Funktionen.

Auf Basis von RotaricE² bietet Braunform Serienwerkzeuge mit bis zu 64+64 Kavitäten an; hier ein Anschauungsbeispiel mit 48+48 Kavitäten. 

Werkzeugkonzept RotaricE² spart beim Anwender Zeit, Geld, Bauraum und Produktionsfläche

Reibungslos im Reinraum fertigen

Während der vergangenen Monate haben sich viele firmeninternen Abläufe und Entwicklungsprozesse verlangsamt und auch verändert. Trotz allem ist die Zeit nicht stehen geblieben, auch nicht in der Spritzgießtechnik. Dabei haben vor allem zwei Themen die Diskussion und Entwicklung geprägt: Digitalisierung und Kreislaufwirtschaft. Nachfolgend einige Beispiele von Entwicklungen und Projekten, die das untermauern.

In die durchgehend 3D-geformte Instrumentenblende sind zwei Displays nahtlos integriert

Innovatives Spritzgießen in Zeiten der Pandemie

Künstliche Intelligenz für die Qualitätssicherung

Industrie 4.0 für die Qualitätssicherung

Steuern, Regeln

Digitale Transformation

Innovationen und neue Technologie

Spritzprägen

Biokunststoffe

Nachhaltigkeit

Umweltmanagement

Machine Learning

Datenanalyse

Schnecken und Plastifiziersysteme

Kunststoff-Recycling

Kunststoff-Aufbereitung

Lasermarkieren

Laserbearbeitungen

Inline- / Online-Messsysteme

Qualitätssicherung

Qualitätssicherung Kunststoff

Kreislaufwirtschaft

Hinterm Horizont geht’s weiter

Über 60 Teilnehmer konnte die Wirth Werkzeugbau GmbH zu ihren Innovationstagen im September begrüßen. Im Zentrum des Programms stand das thermoplastische Schaumspritzgießen – mit einer besonderen Neuheit bei den Maschinenvorführungen.

Geschäftsführer Werner Wirth mit dem im Endlos-Sandwich-Spritzgießen hergestellten Ski

Bei den Wirth-Innovationstagen heißt es „Wissen und Technik live erleben“

Dynamische / variotherme Temperierung

Heißkanalsysteme

Komponenten für die Kunststoffverarbeitung

Werkzeugbau mit Anwendungstechnik

Bei den dritten Innovationstagen der Wirth Werkzeugbau GmbH präsentierten die Gastgeber eine besondere Verfahrensneuheit als Weltpremiere.

Drei Prozesse in einem

Mit additiv gefertigten Formeinsätzen können auch individualisierte Spritzgussteile oder Kleinserien schnell und kostengünstig hergestellt werden. Ausgangspunkt hierfür sind neuste Materialentwicklungen im Bereich der Photopolymere.

Bild 1. Aufbau des Spritzgussteils mit einer Entformungsschräge von 2°.

3D-gedruckte Formeinsätze ermöglichen eine individuelle Spritzgießfertigung

Multijet, Polyjet-Verfahren Kunststoff, Wachs

Verfahren für die additive Fertigung

Freiraumverfahren

Photopolymere

Duroplaste

SLA (Stereolithografie) Kunststoff

Flüssigmaterialverfahren

Spritzgießen in kleinen Stückzahlen

Acht Unternehmen wurden am ersten Tag der K-Messe mit dem TecPart-Innovationspreis 2022 ausgezeichnet, eines davon doppelt und ein weiteres sogar dreifach.

Auf der K 2022 verleiht der GKV/TecPart elf Mal seinen Innovationspreis

Automatisierungszellen

Automatisierungskomponenten

Warmformen / Thermoformen

Elastomer-Spritzgießen

Montagelinien

Montagetechnik

Montage

Montage-Spritzgießen

Ultraschallschweißen

Verbindungstechnik Verfahren

Thermisches Fügeverfahren

Dreidimensionale Puzzles

Die Weltleitmesse K hat in diesem Jahr erstmals auf breiter Front praktikable Lösungen für eine höhere Ressourceneffizienz aufgezeigt. Ein erster Streifzug übers Messegelände.

Wie sich Rezyklate mit digitalen Helfern prozesssicher verarbeiten lassen, offenbarte die K 2022 den Besuchern anhand zahlreicher Praxisbeispiele.

Solar / PV

Energieerzeugung

Erneuerbare Energie

Condition Monitoring / Prozessüberwachung

Instandhaltung

Digitalisierung

Silikonkautschuk

Kautschuk / Elastomere

Compoundieren

Geht doch

Die Geschäftsführung des Spritzgießmaschinenherstellers Arburg verkündet am Vorabend der Technologie-Tage in Loßburg den Einstieg in die dezentrale Fertigung.

Strategiewechsel verkündet: die Arburg-Geschäftsführer Michael Hehl, Gerhard Böhm und Guido Frohnhaus (v. l.).

Startschuss für dezentrale Fertigung

Die Betrachtung des Werkzeugatmungssignals verrät nicht nur, ob Umschaltpunkt und Nachdruckzeit optimal gewählt wurden, sondern deckt auch Schwankungen im Schließverhalten der Rückströmsperre schonungslos auf.

Mithilfe des Assistenten iQ clamp control wird die Werkzeugatmung gemessen und analysiert, um die optimale Schließkraft zu ermitteln.

Sensorik für Kunststoff-Verarbeitungsmaschinen

Werkzeugatmung als Schlüssel  zur Prozess- und Produktqualität

Neue Spritzgießtechnik für geschäumte Bauteile mit „Class A“-Oberflächen

Designoberflächen dank neuartiger Werkzeugbeschichtung

Mit MicroJect Advanced stellt Faurecia ein neues Fertigungsverfahren zum Schaumspritzgießen vor. Nachhaltigkeit, Designfreiheit und Produktqualität standen als Motivation im Zentrum der Entwicklung.

Mit MicroJect Advanced stellt Faurecia, ein Unternehmen der Forvia-Gruppe, ein neues Fertigungsverfahren zum Schaumspritzgießen vor. Ein nachhaltiger Herstellprozess sowie eine höhere Designfreiheit und Produktqualität standen als Motivation im Zentrum der Entwicklung. Durch Kombination einer neuartigen Werkzeugbeschichtung und einer angepassten Prozessführung lassen sich wesentlich leichtere Sichtbauteile mit tadelloser Oberflächenqualität und einem deutlich geringeren CO2-Fußabdruck herstellen.

Beim Schaumspritzgießen treten üblicherweise Oberflächendefekte auf (sogenannte Schaum- oder Silberschlieren), die den Einsatz geschäumter Formteile im Sichtbereich bisher unmöglich machen. Mit dem neuen Fertigungsverfahren „MicroJect Advanced“ lassen sich tadellose Sichtbauteile mit filigranen Texturen oder anderen Designoberflächen herstellen (Bild 1). Die Teile sind zudem deutlich leichter und dennoch stabil, dank bionischem Design, dem die Natur als Vorbild dient. Im gesamten Prozess lässt sich der CO2-Fußabdruck um rund die Hälfte gegenüber bisherigen Lösungen reduzieren. Das Verfahren wird zur K 2022 am Messestand des Maschinenherstellers Engel am Beispiel von Türinnenverkleidungen (Titelbild) vorgestellt.

Als erster Schritt wird in dem Verfahren ein inertes Gas (CO2 oder N2) unter permanentem Staudruck in der Kunststoffschmelze gelöst. Beim Einspritzen in die Kavität kommt es zum Druckabfall und somit zum Aufschäumen der Kunststoffschmelze, vergleichbar mit einer Sprudelflasche, die besonders schnell geöffnet wird. Im Spritzgießwerkzeug entsteht ein sogenannter Integralschaum: ein Formteil mit kompakter Außenhaut und einem geschäumten Kern.

Ohne entsprechende Gegenmaßnahme entsteht auf dem Formteil eine raue Oberfläche mit Schaumschlieren, die den Einsatz des TSG-Verfahrens (thermoplastisches Schaumspritzgießen) für Sichtanwendungen erschwert oder unmöglich macht. Zwar existieren seit Längerem Lösungen – eine davon ist die dynamische Werkzeugtemperierung –, mit denen sich die Schlierenbildung verhindern oder zumindest minimieren lässt. Jedoch konnten sich diese bisher nicht großflächig auf dem Markt etablieren. Komplexe Prozesse, höhere Equipment- und Materialkosten, längere Zykluszeiten und hohe Energiekosten erschwerten eine wirtschaftliche Umsetzung. Zusätzlich fehlte es an ausreichender Oberflächenqualität.

Mit der neuen Technologie lässt sich das Schaumspritzgießen viel breiter anwenden. Die Herstellung leichter TSG-Bauteile mit tadelloser „Class A“-Oberfläche wird dabei von einer neuartigen Werkzeugbeschichtung (Hersteller: Eschmann Textures International GmbH) ermöglicht. Dabei handelt es sich um eine dünne Schicht aus einer technischen Keramik, die gleichzeitig die Textur des Sichtbauteils in sich trägt.

Die Keramik wirkt während des Einspritzvorgangs als kurzzeitige Wärmebarriere, die die Schmelze an der Kavitätswand gerade noch so lange im plastischen Zustand hält, bis sich ein ausreichend hoher Werkzeuginnendruck aufgebaut hat, um die Oberfläche zu glätten. Weil die Wirkungsweise der variothermen (dynamischen) Werkzeugtemperierung ähnelt, allerdings ohne Zufuhr externer Energie, lässt sich von einem passiven Variothermprozess sprechen. Trotz der Wärmeisolation verlängert sich die Zykluszeit dabei nicht. Auf diese Weise lassen sich nicht nur Schaumschlieren vollständig verhindern, sondern auch Tigerstreifen, Glanzunterschiede, Druckmarkierungen oder Ghosting, und sogar sichtbare Bindenähte gehören der Vergangenheit an.

Die Oberflächentexturen werden mit der neuesten Generation eines Ultrakurzpuls-Lasers in die Keramikbeschichtung eingebracht. Dessen Pulsfrequenz liegt mehr als zwei Zehnerpotenzen oberhalb der marktüblicher Laser, wie sie zum Texturieren metallischer Oberflächen verwendet werden. Verglichen mit Stahloberflächen sind mit dem Laser in einer Keramikbeschichtung wesentlich filigranere und komplexere Texturen möglich. Das Verfahren bietet somit völlig neue Designmöglichkeiten für die Oberfläche von Kunststoffbauteilen (Bild 2), die zukünftig sogar als spritzblanke Dekorteile eingesetzt werden können und dadurch aufwendiges und teures Lackieren oder gar Kaschieren obsolet machen.

Bionik – Leichtbau nach dem Vorbild der Natur

TSG-Integralschaumbauteile lassen sich werkstoffmechanisch mit der Sandwichbauweise vergleichen. Diese wird aufgrund ihrer hervorragenden gewichtsspezifischen Biege- und Torsionseigenschaften vorwiegend in Flugzeugen, Schiffen und Booten sowie bei Windkrafträdern eingesetzt. Der Querschnitt eines Integralschaums, außen kompakt und innen zellulär, entspricht darüber hinaus dem Aufbau eines menschlichen Knochens. Diese räumliche Materialanordnung erweist sich als besonders nützlich im Leichtbau und ist nicht die einzige Inspiration aus der Natur.

Durch eigens entwickelte CAE-Simulationsroutinen können sowohl die mechanischen Eigenschaften von Integralschaumbauteilen (Struktursimulation) als auch das Fließverhalten (Formfüllsimulation) gasbeladener Schmelzen vorhergesagt werden. Bauteilbereiche mit zu geringen mechanischen Eigenschaften werden mit Verstärkungsrippen ausgesteift, die im Normalfall als Honigwaben angeordnet werden. Schlanke Geometrien mit Rippen können dabei genauso steif ausgeführt werden wie das dicke Vollmaterial ohne Rippen, und das selbst bei geringerem Materialeinsatz. Sehr ähnlich einer Seerose, auf der ein Kleinkind sitzen kann, ohne zu sinken, bestehen zukünftige TSG-Bauteile bei Faurecia aus einer dünnen Haut mit einem ausgeklügelten Versteifungsnetzwerk auf der Rückseite.

Um keine Einfallstellen zu riskieren, werden Rippen beziehungsweise B-Side-Features (Schraub- oder Schweißdome, Clips, Retainer) im Allgemeinen rechtwinklig an die Bauteilrückseite angebunden. Dies ist für eine Krafteinleitung besonders ungünstig, weil es durch die Rechtwinkligkeit am Rippenfuß zu einer Spannungsüberhöhung und damit zum frühzeitigen Versagen der Rippe kommen kann (Kerbwirkung). Um die Kerbwirkung zu minimieren, wurde ein weiteres Vorbild aus der Natur herangezogen. Die Technologie kopiert an dieser Stelle die Architektur des Baums, dessen Stamm einem geometrischen Prinzip folgt, das die Kerbwirkung deutlich reduziert. Damit werden alle B-Side-Features robuster und können größere Kräfte übertragen. Ein solch funktionales Bauteildesign lässt sich im herkömmlichen Spritzgießverfahren nicht umsetzen. Dies ist nur durch die wesentlich größere Designfreiheit bei Microject Advanced möglich.

Das gelöste Treibmittel verbessert die Fließfähigkeit der Schmelze merklich (Plastifiziereffekt) und der ortsunabhängig wirkende Schäumdruck ermöglicht zudem deutlich dickere Rippen ohne Einfallstellen. Beides hat zur Folge, dass Sichtbauteile erheblich dünner konzipiert werden können als bisher. In den meisten Fällen ist bereits durch eine schaumgerechte Designänderung eine Materialeinsparung zwischen 10 und 20 % möglich. Der Schäumprozess selbst ermöglicht eine weitere Gewichtsersparnis bei den Dünnwandbauteilen von 5 bis 7 %.

Nachhaltig und leicht – Lebenszyklusanalyse  ergibt stark reduziertes Treibhauspotenzial

Die geschäumten Türinnenverkleidungen, die auf der K 2022 durch physikalisches Schäumen (MuCell-Verfahren) hergestellt werden, sind gegenüber ihren kompakten Pendants um 23 % leichter (Bild 3). Bei dieser Einsparung entfallen 17 % auf die oben beschriebene Designänderung und 6 % auf das Schäumen selbst. Durch den deutlich niedrigeren Werkzeuginnendruck lassen sich die Bauteile mit lediglich 10 000 kN Schließkraft realisieren, während es für die kompakte Version mindestens 18 000 kN bedarf.

Im Vergleich zum Kompakt-Spritzgießen ist für die Produktion der geschäumten Türverkleidungen deutlich weniger Energie notwendig. Grund dafür ist der geringere Schließkraftbedarf auf der einen und der per se geringere Materialverbrauch auf der anderen Seite. Eine von Faurecia durchgeführte Lebenszyklusanalyse (LCA, Life cycle assessment) des Treibhauspotenzials (GWP, Global warming potential) hat ergeben, dass sich der durch die Produktion hinterlassene CO2-Fußabruck halbiert. Der durch die Gewinnung und Herstellung der eingesetzten Rohstoffe emittierte CO2-Ausstoß reduziert sich um 23 %.

Spezielle Prozessführung mit einem  gut schäumbaren Compound

Um ein gutes Schäumergebnis zu erzielen, ist eine spezielle Prozessführung notwendig. Diese macht sich unter anderem die Vorteile eines exakten und wiederholgenauen Heißkanalsystems zunutze, um den hochdynamischen Prozess zu kontrollieren. Aus diesem Grund ist das Werkzeug mit einem Nadelverschlusssystem des Typs Flexflow (Hersteller: Oerlikon HRSflow) ausgestattet. Die Verschlussdüsen werden dabei nicht hydraulisch, sondern mit elektrischen Stellmotoren angetrieben. Dies hat den Vorteil, dass neben einem zeitlich äußerst exakten Öffnen und Schließen sogar der Öffnungsgrad (genaue Position der Nadeln) und damit die Durchflussmenge präzise reguliert werden kann.

Um das Produkt noch nachhaltiger zu gestalten, werden die Bauteile mit einem neu entwickelten Polypropylentyp gespritzt, der einen hohen Rezyklatanteil aufweist. Das Compound wurde eigens für die neue Technologie von Experten der Faurecia Sustainable Material Division (SMD) entwickelt. Neben einer guten Schäumbarkeit standen außerdem matte und kratzunempfindliche Oberflächen im Mittelpunkt der Materialentwicklung. Ebenso war den Entwicklern eine weiche taktile Wahrnehmung der Oberfläche wichtig, die insbesondere bei Textiloberflächen, aber auch bei anderen Texturen für eine angenehme Anmutung der Bauteiloberfläche sorgt. Kombiniert man die neuartigen Texturen mit maßgeschneiderten Farbadditiven im Polymer, kann der Narbcharakter zusätzlich unterstrichen und das visuelle Erlebnis noch authentischer gestaltet werden. Die Validierung der neuen Technologie ist bereits seit einigen Monaten erfolgreich abgeschlossen.

Faurecia Innenraum Systeme GmbH  

Ausgabenartikel KU10-22

Bauteil aus einem Guss: Das Türpanel kommt als einbaufertiges Sichtbauteil mit unterschiedlicher Narbung direkt aus der Spritzgießmaschine.

Bild 1. TSG-Bauteil aus traditioneller Fertigung (rechts) und „MicroJect Advanced“-Demonstrator mit Narbung (links). 

Bild 2. Beispiele für Texturen (von links oben im Uhrzeigersinn): Textil, Schiefer und Kork, Textilien in verschiedenen Farben, Holz.

Bild 3. Die im Vergleich zum kompakten Bauteil rund ein Viertel leichtere Türverkleidung mit stabiler Innenkonstruktion wird am Engel-Messestand gespritzt.

Name - Hauptartikel

Neue Spritzgießtechnik für geschäumte Bauteile mit Class-A-Oberflächen

Jochen Klos ist R&D Manager Injection Moulding bei Faurecia Interiors in Hagenbach. Dr. Alexander Roch ist R&D Team Leader Injection Moulding, Technical Lead Microject Advanced bei Faurecia Interiors.

Unternehmenskontakt: <a href="http://www.faurecia.de" target="_blank">www.faurecia.de</a>

Größere Designvielfalt für Spritzgussteile: Mit Cera-Shibo bietet Eschmann Textures ein Beschichtungsverfahren, mit dem unterschiedliche Designs aus demselben Werkzeug hergestellt werden können. Bei herkömmlichen Bearbeitungsmethoden legt das Werkzeug die Struktur fest. Anders bei Cera-Shibo: Durch eine hitzebeständige und verschleißfeste Keramikschicht auf der Werkzeugoberfläche können Kunststoffteile mit einer nahezu unbegrenzten Bandbreite an individuellen Oberflächenstrukturen erzeugt werden – die Strukturinformation liegt bei Cera-Shibo in der Keramikschicht. Diese kann jederzeit rückstandsfrei aus dem Werkzeug entfernt und wieder neu aufgebracht werden, ohne dass zusätzliche Polierarbeiten, Wanddickenänderungen oder Ähnliches notwendig wären.