Additiv gefertigtes Demonstratorwerkzeug Foto: IKV/Fröls

Schnelle Produktionswechsel in der Extrusion

Kleine Losgrößen

Forschung im Exzellenzcluster zeigt bessere Spüleigenschaften bei additiv gefertigten Werkzeugen.

Die Herstellung von Kunststoffprofilen und -folien erfolgt mit hochentwickelten Werkzeugen, deren Geometrien genau auf die Fließeigenschaften der Kunststoffe abgestimmt sind. Diese Abstimmung bedarf oft langer Iterationsschleifen in Simulation und Experiment. Diese Schleifen stellen einen großen Kosten- und Zeitfaktor dar, bedrohen perspektivisch die Fertigung in Hochlohnländern und wirken sich negativ auf die kleinen Losgrößen aus.

Additive Fertigung bietet sich an

Das Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) erforscht im Exzellenzcluster „Integrative Produktionstechnik für Hochlohnländer“ zusammen mit den Forschungspartnern CATS (Computergestützte Analyse technischer Systeme), ILT (Institut für Lasertechnik) und WZL (Werkzeugmaschinenlabor) an der RWTH Aachen einen neuartigen Ansatz, um manuelle Versuche und Auswertungen durch einen automatischen Algorithmus zu ersetzen. Allerdings liefert der Algorithmus Geometrien, die mit konventionellen Fertigungsverfahren nicht immer abzubilden sind.
Hier bietet sich die Additive Fertigung an: Aus Stahlpulver wird durch lokales Aufschmelzen ein kompakter Feststoff. Die Verwendung von optischen anstelle von konventionellen mechanischen Bearbeitungsverfahren erhöht die Gestaltungsfreiheit: Einerseits können komplexe Konturen abgebildet werden, andererseits entfällt die Beschränkung auf eine maximale Bearbeitungstiefe.

25 Prozent ist ein Farbwechsel, der bei einem Laborversuch nachgewiesen werden konnte, in einem additiv gefertigten Extrusionswerkzeug schneller möglich als beim konventionell gefertigten Werkzeug.

Diese neue Produktionstechnik erspart Entwicklungs- und Fertigungsaufwand und ist für Kleinserien optimal. Die beim Aufschmelzen des Pulvers zwangsläufig entstehende Rauigkeit der Werkzeugoberfläche ist Fluch und Segen zugleich: Sie muss zwar am Austritts­ende des Werkzeugs auf ein geringes Maß gesenkt werden, damit die produzierten Kunststoffoberflächen selber eine akzeptable Oberfläche aufweisen, sie bewirkt aber auch ein deutlich verbessertes Spülverhalten. So konnte bei einem Laborversuch nachgewiesen werden, dass ein Farbwechsel in einem additiv gefertigten Extrusionswerkzeug um 25 % schneller als beim konventio­nell gefertigten Werkzeug möglich ist.

Als Demonstrator des Exzellenzclusters wurde von den Forschern in den Bereichen Strömungssimulation, Additive Fertigung, Werkzeugmaschinen und Kunststofftechnik ein Werkzeug ausgelegt und mittels Additiver Fertigung hergestellt. Dieses Demowerkzeug verdeutlicht ein Produktionssystem, in dem die Auslegung automatisch ohne Versuchsreihen erfolgt. Gleichzeitig wird die Fertigung in einem einzigen vollautomatischen Prozessschritt realisiert. Die Anzahl der Montageschritte wird reduziert und das bessere Spülverhalten erlaubt zum Beispiel deutlich schnellere Farbwechsel.

 

Aufmacherbild: IKV/Fröls