Aufgabenstellung

Die wirtschaftliche Herstellung großvolumiger und komplexer Kunststoffbauteile hängt in erster Linie von einer effizienten Herstellung der dafür benötigten Formen und Werkzeuge ab. Ein weiteres Einsparpotenzial kann beim Produktionsprozess selbst erreicht werden, wenn es gelingt den Energiebedarf und die Zykluszeiten zu senken.

Hier setzten die Untersuchungen des Projektes an: Die derzeitig verwendeten Formen aus Stahl oder Aluminium werden meist aus dem Vollen gearbeitet, was mit entsprechend hohen Kosten und Entwicklungszeiten verbunden ist. Durch den hier untersuchten Einsatz des Thermischen Spritzens zum Formenbau sollten kostengünstige, dünnwandige Formen und Formschalen erzeugt werden.

Formschale

Gespritzte Formschale mit oberflächennahen Heiz-/Kühlkanälen
Quelle: EADS Deutschland GmbH

Dünnwandige Formschalen besitzen neben den günstigen Bedingungen ihrer Herstellung auch bei der Produktion der Bauteile gegenüber den herkömmlichen Vollformen große verfahrenstechnische Vorteile:

In Vollformen können die Heiz- und Kühlkanäle fertigungsbedingt nur relativ weit von der Oberfläche eingebracht werden. Dies führt einerseits zu einer starken Aufheizung der gesamten Form während des Formgebungsprozesses, andererseits zu der Notwendigkeit einer übermäßigen Rückkühlung der Massivform vor der Entnahme des Kunststoffbauteiles beim Entformen. Dadurch ist die Bauteilproduktion sehr energie- und zeitintensiv. Durch den Einsatz dünnwandiger Formen werden hier deutliche Verbesserungen erwartet.

Ziele

Im Fokus des Forschungs- und Entwicklungsprojekts SPRAYFORMING standen die Entwicklung und Realisierung eines innovativen Verfahrens zum schnellen und wirtschaftlichen Formenbau auf Grundlage des Thermischen Spritzens (Sprayforming).

Entscheidend für den Erfolg dieses Verfahrens zum Aufbau dünnwandiger Formen in der industriellen Praxis sind die erzielbare Oberflächengüte der Form und die Beherrschung des Endverzugsverhaltens des Bauteils nach dem Entformen. Um diese kritischen Parameter gezielt beeinflussen zu können, sollte der Spritzprozess zum Schichtaufbau mit einer in situ-Diagnostik charakterisiert werden. Auf dieser Basis sollten mit Hilfe einer numerischen Simulation die zu erwartenden Verzüge während des Schichtaufbaus prognostiziert werden, die zu einer Rückfederung und damit einer unerwünschten Abweichung von der Endform führen. Aufgrund der Kenntnis des Verzugsverhaltens sollte die Masterform entsprechend optimiert werden. Damit konnten iterative Anpassungen der Masterform zur Berücksichtigung die Bauteilendverzüge entfallen. Dies ist angesichts des hohen Zeit- und Kostenaufwands, der mit dem Bau großvolumiger Massivformen verbunden ist, ein sehr großer Vorteil.

Maßgeblich für eine Verbesserung der Energiebilanz und für eine konstruktionsgerechte Formgestaltung ist eine Integration der Heiz- und Kühlkanäle unmittelbar unter der Formoberfläche. Hierfür sollten geeignete Masterform- und Formenwerkstoffe untersucht werden.

Formherstellung mittels Sprayforming

Anwendungspotenzial

Aufgrund der deutlichen Vorteilspotenzial wird erwartet, dass das neue Verfahren zur Formenherstellung in der kunststoffverarbeitenden Industrie insbesondere dort eingesetzt werden wird, wo bislang verfahrensbedingt lange Zykluszeiten vorherrschen, beispielsweise bei Herstellung von großen, integralen Faserverbundbauteilen auf Basis duromerer Kunststoffe.

Weitere Anwendungsfelder werden im Bereich des Rapid Tooling und Rapid Prototypin gesehen. Dies eröffnet die Möglichkeit, das neuartige Verfahren auch auf die metallverarbeitende Industrie zu übertragen.

Faserverbundbauteil

Großes, integrales Faserverbundbauteil - Verkleidung Computertomografen
Quelle: Schmuhl Faserverbundtechnik GmbH & Co. KG

Ergebnisse

Die Ergebnisse des Projektes finden Sie unter Ergebnistransfer.

Projektflyer

Projektflyer „Sprayforming zur Herstellung von effizienten und ressourcenschonenden Formen für die kunststoffverarbeitende Industrie“

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