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31.10.2017

Werkzeugeinsätze in optimierter Geometrie

3D-Druck revolutioniert Partikelschaumverarbeitung

Angesichts der neuen Möglichkeiten des 3D-Drucks steht auch die klassische Partikelschaumverarbeitung vor dramatischen Fortschritten: Das demonstriert das BMWi-geförderte Forschungsprojekt „Laseradditiv hergestelltes EPP-Formwerkzeug“ (LaEPPFo).

Unter Einhaltung von wirtschaftlichen und technologischen Anforderungen haben die Projektpartner nach eigenen Angaben einen 3D-gedruckten Formeinsatz gebaut, der deutliche Vorteile gegenüber klassischen Partikelschaumwerkzeugen aufweist. In dem Konsortium arbeiten das Institut für Laser- und Anlagesystemtechnik der TU Hamburg zusammen mit der Werkzeugbau Siegfried Hofmann GmbH, Lichtenfels, und der WSVK Oederan GmbH, Oederan (Sachsen), einem Partikelschaumverarbeiter.

Kürzere Zykluszeiten

© WSVK

Wo traditionelle Partikelschaumwerkzeuge hinsichtlich Designfreiheit durch spanende Fertigungsverfahren limitiert sind, ermöglicht das Laserschmelzverfahren komplett neue Geometrien. Da sich die Werkzeugeinsätze hinsichtlich ihrer Festigkeit simulativ ausgelegen und optimieren lassen, kann die Masse erheblich reduziert werden, was auch die thermische Kapazität deutlich reduziert. Die so besonders dünn ausgeführte Kavität mit ca. 1 mm Wandstärke erlaubt somit kürzere Zykluszeiten bei geringerem Energieverbrauch, der hauptsächlich durch Erwärmung und Abkühlung des Werkzeuges bestimmt ist.

Die Düsenelemente zur Bedampfung lassen sich ebenfalls simulativ auslegen und frei platzieren oder gar in der Oberflächenstruktur integrieren. Das gewährleistet nach den Aussagen der Unternehmen eine homogene Bedampfung des Artikels, was sowohl die optischen als auch mechanischen Eigenschaften des Bauteils aus Partikelschaum verbessert. Zum Vergleich: Bei konventionell gefertigten Einsätzen werden die Düsen vornehmlich in die Wandung eingeschlagen oder gebohrt, was gerade bei Kavitäten mit anspruchsvollerer Geometrie dazu führt, dass der Formeinsatz nicht gelichmäßig bedampft werden kann.

Weniger Arbeitsschritte

© WSVK

Da auch die Fertigungstoleranzen der additiven Fertigung für diese Anwendung nach Angaben der Projektpartner ausreichend sind, entfallen diverse Arbeitsschritte, die für die heute übliche spanende Fertigung der Einsätze nötig sind. Selbst Oberflächenstrukturen und frei positionierbare Dampfdüsen bedürfen keiner Nacharbeit und können direkt im CAD definiert werden. Hinzu kommt auch, dass die Fertigungskosten mit zunehmender Komplexität nahezu konstant bleiben, was selbst filigrane und facettenreiche Gestaltungen wirtschaftlich realisieren lässt.

Auch die Herstellung des Werkzeugs aus Edelstahl statt Aluminium bringt deutliche Vorteile. Die Verschleißfestigkeit der Einsätze steige so enorm, Glanzstellen treten während der Bauteilfertigung nicht auf und eine Beschädigung durch eine mechanische Reinigung wird vermieden.
Der gemeinschaftlich entwickelte Werkzeugeinsatz bietet bereits neuartige Herangehensweisen für die Partikelschaumverarbeitung und enorme Vorteile entlang der gesamten Prozesskette, so die Projektpartner. Dennoch verfolgen sie bereits weitere Entwicklungen. So soll die Dampfkammer entfallen, um den Energieverbrauch weiter drastisch zu senken. (kk)

Formnext 2017: Stand des Laserzentrums Nord – LZN (Halle 3, Stand E20)

Unternehmensinformation

Werkzeugbau Siegfried Hofmann GmbH Ihr Impulsgeber

An der Zeil 2
DE 96215 Lichtenfels
Tel.: 09571 766-0

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