Evonik hat über seine Venture Capital-Einheit eine Minderheitsbeteiligung am chinesischen Unternehmen UnionTech erworben. Das in Shanghai ansässige Unternehmen ist im 3D-Druck-Bereich der Stereolithografie tätig.

Mit der Beteiligung stärkt Evonik seine Position im Wachstumsmarkt Additive Manufacturing

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Photopolymere

Kunststoff Werkstoffe

Duroplaste

SLA (Stereolithografie) Kunststoff

Verfahren für die additive Fertigung

Flüssigmaterialverfahren

Kunststoff-Erzeugung

Werkstoffe für additive Verfahren

Andere Werkstoffe

Evonik erwirbt Beteiligung an chinesischem 3D-Druckspezialisten

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

Spritzgießen

Kunststoffverarbeitung: Verfahren

Schaumspritzgießen

Künstliche Intelligenz für die Qualitätssicherung

Industrie 4.0

Industrie 4.0 für die Qualitätssicherung

Steuern, Regeln

Software

Mehrkomponenten-Spritzgießen

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

Digitale Transformation

Wirtschaft

Innovationen und neue Technologie

Spritzgießwerkzeuge

Kunststoffverarbeitung: Maschinen und Komponenten

Werkzeuge für die Kunststoffverarbeitung

Spritzprägen

Biokunststoffe

Spritzgieß-Sonderverfahren

Nachhaltigkeit

Umweltmanagement

Spritzgießsimulation

Simulation

Machine Learning

Datenanalyse

Schnecken und Plastifiziersysteme

Spritzgießmaschinen

Industrie 4.0 für die Kunststoffverarbeitung

Kunststoff-Recycling

Kunststoff-Aufbereitung

Lasermarkieren

Oberflächentechnik

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“

Doriat, Clemens, Dr.

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

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

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

Keramik

Werkzeugbeschichten

Dienstleistungen

Dienstleistungen in der Metallbearbeitung

Designoberflächen dank neuartiger Werkzeugbeschichtung

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

Automatisierungstechnik

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

Temperiertechnik

Condition Monitoring / Prozessüberwachung

Instandhaltung

Handling, Handhabungstechnik

Energieeffizienz

Digitalisierung

Kunststoff-Rezyklat

Silikonkautschuk

Kautschuk / Elastomere

Compoundieren

Geht doch

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?

Beschichtungen

Chemisches Bearbeiten (Auftragen)

Schöne Oberflächen  beim Schaumspritzgießen

Additiv gefertigte Formeinsätze aus Kunststoff können im Werkzeugbau eine sinnvolle Alternative sein – wenn die Frage der Temperierung geklärt ist.

Die Verwendung von Formeinsätzen aus Kunststoff erlaubt im Spritzgießprozess keine konventionelle Temperierung.

Wie sich durch thermische Auslegung die Prozessstabilität und die Stückzahl steigern lässt

Additive Fertigung

Temperierung 3D-gedruckter Spritzgießwerkzeuge aus Kunststoff

Damit Epoxidharze schneller aushärten, ist die Kombination von Initiator, Sensibilisator und Bestrahlung entscheidend. Stimmt diese, sinkt etwa die Gelzeit.

UV-Messkammer zur Analyse von Reaktivsystemen: Anton Paar und das EZD haben untersucht, wie sich die Härtung von Epoxidharzen beschleunigen lässt. Das ist besonders interessant für die additive Fertigung.

Die Aushärtung von Epoxidharzen optimieren

Messtechnik

Harze, Epoxid

Duroplastische Werkstoffe

Hurtig Harze härten

Wir zeigen, was die Heißkanaltechnik heute an mechanischer, elektronischer und digitaler Expertise aufbietet.

Die Überwachungseinheit smart Control ermöglicht die ganzheitliche Überwachung der Spritzgießproduktionszelle inklusive des Werkzeugs, Heißkanalsystems und aller Peripheriekomponenten. Der Anwendungsfall „Luer-Konnektor“ war auf der K 2022 zu sehen.

Zeitgemäße Spritzgießlösungen auf der K 2022, Teil 3: Heißkanaltechnik

Mikrospritzgießen

Normalien und Heißkanaltechnik

Mess-, Steuer- und Regelgeräte

Temperaturregler

Sensoren / Messwertaufnehmer

Alles geregelt

Witosa ersetzt in seinen Heißkanalsystemen Titan durch 3D-gedruckte Stahlelemente. Fernziel: CO<sub>2</sub>-Neutralität.

Werkzeugaufbauten ohne Titan reduzieren den CCF

Heißkanal, CO<sub>2</sub>-neutral

Mit einem Rekordumsatz von 60,5 Mio. Euro konnte der Hersteller von Spritzgießwerkzeugen im Vergleich zum Vorjahr eine Steigerung von 20 Prozent erzielen.

Mehr als 300 Menschen arbeiten aktuell am Haidlmair-Stammwerk in Nußbach.

Unternehmen

kunststoffe.de

Haidlmair knackt die 60-Mio.-Euro-Marke

Das neueste 3D-Druckerdesign von Boston Micro Fabrication (BMF) kann mit der Projektionsmikro-Stereolithografie (Projection Micro Stereolithography, PµSL) Kunststoffteile mit einer Auflösung von bis zu 2 µm drucken – eine bisher im 3D-Druck unerreichte Dimension.

Bild aus der Mikro-Röntgen-Computertomografie mit Keramik: gekrümmte Vias mit weniger als 10 µm Durchmesser

Mikroelektronik

Elektronik

Additive Fertigung erweitert Möglichkeiten der Mikroelektronik

Die Produktion wird immer flexibler, diversifizierter und dezentralisierter. Entscheidend tragen dazu zweifellos die additiven Fertigungsverfahren bei, die auch den Wandel vom produktionsbasierten Design zur designgetriebenen Produktion einleiten. Der 3D-Druck-Dienstleister FIT entwirft in diesem Beitrag ein Best-Practice-Panorama heutiger Technologien.

An über 2000 genau passenden Fügestellen wurde die bis dahin größte jemals 3D-gedruckte Gitterstruktur zu einem 8 m hohen Retabel (Altaraufsatz) zusammengefügt

Was additive Kunststoff-Fertigung zu leisten vermag. Die Sicht eines Full-Service-Providers

Anlagen für die Additive Fertigung

Anlagen Additive Fertigung / 3D-Druck, Kunststoff

Anlagen für die Stereolithografie, Kunststoff

Anlagen Selektives Lasersintern, Kunststoff

3D-Druck-Anlage, pulverbettbasiert, Metall

Anlagen Additive Fertigung / 3D-Druck, Metall

3D-Druck-Anlage, strahlbasiert, Metall

Selektives Lasersintern von Kunststoff, Metall, Keramik

Pulverbettverfahren

3D-Drucker (für FDM, FFF, etc.)

Fused Deposition Modeling Kunststoff, Glas, Karbon, Metall

Freiraumverfahren

Feiner, größer, schneller

3D-gedruckte Formeinsätze ermöglichen eine individuelle Spritzgießfertigung

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

Die Spritzgießfertigung ist traditionell durch hohe Stückzahlen und Werkzeugkosten charakterisiert. Mit additiv gefertigten Formeinsätzen können jedoch auch individualisierte Spritzgussteile oder Kleinserien schnell und kostengünstig hergestellt werden. Ausgangspunkt hierfür sind neuste Materialentwicklungen im Bereich der Photopolymere, die die Temperaturbeständigkeit und Standfestigkeit additiv gefertigter Bauteile stetig verbessern und somit eine Anwendung im Werkzeugbau ermöglichen.

Die hohen Kosten für konventionelle Spritzgießwerkzeuge sind der Grund dafür, dass sich die Fertigung von Spritzgusserzeugnissen oftmals nur für mittlere und große Serien rechnet. Lediglich über die Stückzahl gelingt es, diese Kosten zu relativieren. Jede Änderung an einem bestehenden Spritzgussteil muss aufwendig am Werkzeug nachgearbeitet werden oder verlangt die Herstellung eines neuen Werkzeugs – dies kann für Kleinserien nicht wirtschaftlich sein. Ein Lösungsansatz kann die Verwendung von Formeinsätzen oder partiellen Formeinsätzen sein. Hier bietet die additive Fertigung (Additive Manufacturing, AM) auf Kunstharzbasis eine schnelle und wirtschaftlich interessante Alternative. Zwar weisen AM-Formeinsätze deutlich geringere Standzeiten als metallische Einsätze auf, dafür können sie durch niedrigere Fertigungskosten sowie eine höhere Flexibilität und Designfreiheit punkten. Im Folgenden wird die prinzipielle Eignung ausgewählter Kunstharze untersucht.

Schaumspritzgießen verlängert  Standzeit der Formeinsätze

Die Anwendung additiv gefertigter Formeinsätze aus Photopolymeren wird seit Längerem erprobt [1 – 3]. Ihr größtes Potenzial wird vor allem in der schnellen und kostengünstigen Fertigung von Prototypenwerkzeugen gesehen, was die Entwicklung neuer Spritzgießwerkzeuge erheblich verkürzt. So ist es mit dem additiven Fertigungsverfahren Digital Light Processing (DLP) möglich, Änderungsschleifen neuer Werkzeuge innerhalb eines Tages abzusichern [2]. Aktuell wird deren Anwendung in Verbindung mit dem Thermoplast-Schaumspritzgießen (TSG) untersucht [3]. Das TSG-Verfahren bietet sich vor allem wegen des geringeren Werkzeuginnendrucks an, weil die Standzeit der Formeinsätze aus Kunststoff bei hohen Druckbelastungen geringer ist.

Bei einer Untersuchung an der Hochschule für angewandte Wissenschaften Coburg wurden mit drei Photopolymeren Formeinsätze für ein Spritzgießwerkzeug additiv hergestellt und mit 50 Schuss belastet. Die Veränderungen an den Formeinsätzen und Spritzgussteilen wurden anschließend bewertet. Das Versuchsbauteil enthält dabei für Spritzgussteile typische Geometrien, die eine praxisnahe Anwendung demonstrieren (Bild 1). Die Auskernung sowie die Rippen des Spritzlings sind verrundet, der Rasthaken hingegen nicht. Dadurch ist eine gleichzeitige, grundsätzliche Überprüfung der Kerbempfindlichkeit möglich. Das Bauteil besitzt zudem eine Entformungsschräge von 2°.

Werkzeugfertigung im PJM- und  SLA-Verfahren

Für die Herstellung der Formeinsätze (Bild 2) kamen zwei additive Fertigungsverfahren zur Anwendung, das PolyJet Modeling (PJM) und die Stereolithographie (SLA). Diese kunstharzbasierten Verfahren eigenen sich für diese Anwendung vor allem aufgrund der hohen Auflösung sowie der hohen Oberflächengüte. Die Materialien Digital ABS Plus Ivory (für PJM, Hersteller: Stratasys), Somos Taurus und Somos PerForm Reflect (jeweils für SLA, Hersteller: DSM) weisen laut Datenblatt besonders geeignete thermisch-mechanische Eigenschaften auf (Tabelle 1). Auffällig im Vergleich mit den anderen beiden Materialien ist hier die bedeutend höhere Formbeständigkeitstemperatur und Zugfestigkeit von Somos PerForm Reflect. Dafür ist dessen Bruchdehnung sehr gering; deutlich duktiler sind Digital ABS Plus Ivory und Somos Taurus.

Die Formeinsätze, die auf der Rückseite um jeweils 0,25 mm erhöht wurden, um ein sicheres Abdichten zu gewährleisten, werden auf einer Spritzgießmaschine (Typ: ergotech 25/280-120 system; Hersteller: Sumitomo (SHI) Demag) mit 250 kN Schließkraft untersucht. Für die Aufnahme der Formeinsätze in die Maschine dient eine Wechselform (Typ: FW-Wechselform; Hersteller: Meusburger). Die Bauteilentformung erfolgt über mehrere Auswerferstifte.

Mit jedem der drei Formeinsatzmaterialien wird eine Versuchsreihe mit einem Polyethylen (PE-HD, Typ: Hostalen ACP 6541A UV; Hersteller: Lyondellbasell) durchgeführt. Die Einsätze werden nach jedem Schuss mit Druckluft auf die Oberflächentemperatur von 50 °C gekühlt. Zudem wird zu Beginn und nach jedem zehnten Schuss ein silikonfreies Formentrennmittel aufgetragen, was die Entformung der Bauteile begünstigt. Eine Füllstudie im Vorfeld dieser Arbeit lieferte die Prozessparameter für die Versuche (Tabelle 2).

In der Versuchsreihe mit den Formeinsätzen aus Digital ABS Plus Ivory konnte ab dem zwölften Spritzgussteil eine stetig steigende Gratbildung an der Außengeometrie beobachtet werden (Bild 3). Ab Schuss 28 entstand zudem ein Riss im Bereich des scharfkantigen Kerns der Rasthakengeometrie am düsenseitigen Einsatz. Nach Schuss 34 zeigte der verrundete Kern sichtbare Verformungen.

Eine kontinuierlich steigende Gratbildung am Bauteil wurde in der Versuchsreihe mit den Somos-Taurus-Formeinsätzen bereits ab dem ersten Schuss festgestellt. Ab dem zweiten Schuss ließ sich zudem eine kleinere Rissbildung am Formeinsatz, jedoch ohne merklichen Einfluss auf die Bauteilqualität, konstatieren. Ab Schuss 35 kam es zu Ausbrüchen am Rasthakenkern. Am Ende der Versuchsreihe wiesen die Formeinsatzhälften sowie die Spritzgussteile deutliche Verformungen auf.

Beim Formeinsatz aus Somos PerForm Reflect war über die gesamte Versuchsreihe keine Gratbildung an den Bauteilen zu beobachten. Nach Schuss 1 und 35 konnten lediglich zwei optisch kaum wahrnehmbare Risse an beiden Formhälften festgestellt werden. Diese blieben jedoch konstant und beeinträchtigten die Spritzgussteile nicht.

Insgesamt konnten bei allen Materialien mehr oder weniger starke Risse, ausgehend von scharfen Kanten, festgestellt werden. Aus diesem Grund sollten alle Geometrien an den Formeinsätzen ausreichend verrundet sein, sodass die Kerbwirkung reduziert wird.

Deutliche Unterschiede in Verformung und Gratbildung

Um die Eignung der drei Formmaterialien bewerten zu können, wurde die maximale Gratdicke näher betrachtet. Diese wurde für jedes Bauteil vermessen und nach dem 50sten Schuss mit den anderen Werten verglichen. Bei den Einsätzen aus Somos PerForm Reflect war jedoch keine Gratbildung an den Bauteilen zur erkennen. Die mit den Einsätzen aus Digital ABS Plus Ivory und Somos Taurus erzeugten Bauteile wiesen einen 0,45 mm dicken Trenngrat auf. Die Deformation der Formeinsätze ließ sich zudem über die optische Vermessung vor und nach den Versuchsreihen mit einem 3D-Scanner (Typ: Atos III Rev.02.1, Hersteller: GOM GmbH) abbilden (Bild 4).

Aufgrund der hohen Druckbelastungen beim Spritzgießprozess gelangt Schmelze zwischen die Trennflächen der Einsätze, wodurch es zu einer Gratbildung am Spritzling kommt. Durch die erhöhte Flächenpressung im Trennbereich entsteht eine irreversible Verformung der Einsätze, was sich gerade bei den duktileren Materialien ABS Plus Ivory und Somos Taurus verstärkt widerspiegelt (Bild 5).

Insgesamt ist Somos PerForm Reflect bei dieser Anwendung und dem gewählten Vorgehen das vielversprechendste Material. Es wies selbst nach dem 50sten Zyklus kaum Verformungen und keinerlei Gratbildung am Bauteil auf. Mit dem Material sind daher auch höhere Stückzahlen denkbar. Digital ABS Plus Ivory und Somos Taurus zeigten hingegen deutliche Verformungen und Gratbildungen. Es ist davon auszugehen, dass für diese Materialien die Versuchsparameter nicht optimal gewählt waren.

Individualisierung spritzgegossener  Massenartikel

Spritzgegossene Prototypen oder Kleinserien mit 3D-gedruckten Formeinsätzen herzustellen ist ebenso eine mögliche Anwendung der untersuchten Materialien wie die Individualisierung spritzgegossener Massenartikel. Daher wurde anhand eines gespritzten individualisierten Flaschenöffners die Anwendung eines partiellen AM-Formeinsatzes mit einem hybriden Werkzeugaufbau untersucht (Bild 6). Da es sich um ein Versuchswerkzeug handelt, wurden die Formplatten aus hochfestem Aluminium gefertigt, die Fräsarbeiten erfolgten auf einem 5-Achs-Bearbeitungszentrum (Typ: DMU 50; Hersteller: DMG Mori).

Für die partiellen Formeinsätze aus Digital ABS Plus Ivory ist eine entsprechende Tasche im Werkzeug enthalten, in der die Formeinsätze eingesteckt und über Madenschrauben gesichert werden. Der Austausch wird über zwei abgesetzte Auswerferstifte (hinter dem Einsatz) bei maximalem Auswerferhub realisiert. Dies ermöglicht einen einfachen und schnellen Wechsel.

Das für die Herstellung der Spritzgussteile verwendete ABS-Blend (Typ: Terluran GP-22-ABS; Hersteller: Ineos Styrolution) wird mit einem chemischen Treibmittel (Typ: Tracel IM 2220; Hersteller: Tramaco) versetzt, um die bereits erwähnten Vorteile des TSG-Verfahrens zu nutzen. Dadurch lässt sich vor allem der Werkzeuginnendruck deutlich reduzieren, was wiederum die Standzeit der AM-Formeinsätze erhöht. In den Versuchen hat sich gezeigt, dass der Flaschenöffner sauber gefüllt und in einer hohen Qualität abgebildet wurde (Bild 6). Bei den Schriftzügen zeigt sich allerdings eine Trennkante zwischen partiellem Formeinsatz und Wechselwerkzeug, was einen Ansatzpunkt für weitere Optimierungen darstellt.

Die Versuche haben gezeigt, dass gerade für die 3D-gedruckten Einsätze aus Somos PerForm Reflect großes Anwendungspotenzial besteht. Hier konnten selbst nach 50 gefertigten Spritzgussteilen keine Grate an den Bauteilen festgestellt werden. Auch die Verformung der Einsätze war minimal. So könnten diese möglicherweise auch für eine Kleinserienfertigung in Betracht gezogen werden. Zudem wurde die Anwendung auf Basis eines hybriden Werkzeugaufbaus unter Einsatz partieller AM-Formeinsätze untersucht. Durch eine entsprechende Gestaltung von Werkzeug und Einsatz ist ein einfacher und schneller Tausch der Formeinsätze sowie eine Individualisierung spritzgegossener Massenartikel möglich.

[1] N.N: Spritzgießen mit 3D-gedruckten Werkzeugeinsätzen. Kunststoff Magazin 6 (2017) 11–12, S. 16–17

[2] Droege, M.: Heute designt – morgen spritzgegossen. Kunststoff Magazin 11 (2020) 11, S. 36–37

[3] Preydel, K.: SKZ startet Projekt ADDfoam. <a href="http://kunststoff-magazin.de">kunststoff-magazin.de</a> (2021), URL: <a href="https://www.kunststoff-magazin.de/spritzgiessen/skz-startet-projekt-addfoam.htm">https://www.kunststoff-magazin.de/spritzgiessen/skz-startet-projekt-addfoam.htm</a>

[4] N.N: Digital ABS Plus PolyJet Simulated ABS Plastic. Datenblatt der Stratasys AG, Eden Prairie/USA 2018

[5] N.N: Somos Taurus. Datenblatt der Royal DSM N.V., Heerlen/Niederlande 2017

[6] N.N: Somos PerForm Reflect. Datenblatt der Royal DSM N.V., Heerlen/Niederlande 2018

Hochschule für angewandte Wissenschaften Coburg 

https://www.hs-coburg.de

Ausgabenartikel KU03-22

Bild 6. Hybrider Werkzeugaufbau  des individualisierbaren gespritzten Flaschenöffners in Maulschlüsselform. 

Tabelle 1. Übersicht über die mechanisch-thermischen Materialdaten der drei verwendeten Photopolymere.