Mehr Standzeit – mehr Aufwand

Additive Fertigung

3D-gedruckte Werkzeugeinsätze aus Metall halten länger, stellen aber auch höhere Anforderungen an den Werkzeugaufbau.

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Standfeste Lösung für Kleinserien und mittelhohe Stückzahlen. Foto: Dr. Boy

Werden nur kleine Losgrößen von einem Kunststoffteil benötigt oder befindet sich das Bauteil noch in der Entwicklungsphase, kann die moderne 3D-Technologie dabei helfen, Werkzeugkosten einzusparen. Statt eines aufwendigen Aufbaus von teuren Stahlwerkzeugen sind gerade im Prototypenbau und bei den immer individuelleren Gestaltungen der Bauteile flexiblere und kosteneffizientere Lösungen gefordert.

Direkt oder indirekt

Eine direkte Teileproduktion aus dem 3D-Drucker unterscheidet sich jedoch erheblich von einem Spritzgussteil. So weichen beispielsweise die physikalischen  Eigenschaften eines 3D-gedruckten Bauteils von spritzgegossenen Teilen teils erheblich ab. Die Lösung sind 3D-gedruckte Formeinsätze, mit denen sich – eingebaut in ein Kassettenwerkzeug – sehr kosteneffizient die Kunststoffteile herstellen lassen.Basierend auf den CAD-Daten des Kunststoffteils lassen sich die Druckdaten der Werkzeug-Formeinsätze entsprechend aufbereiten und 3D-Drucker erstellen die Form. Je nach Größe der Bauteile kann dies bereits in Minuten erfolgen, für größere Konstruktionen sind auch längere Bearbeitungszeiten erforderlich. Dennoch entstehen diese Werkzeug-Formeinsätze wesentlich schneller und kostengünstiger als ihre stählernen Konkurrenten.

„Bei den Metall-Formeinsätzen müssen bereits imVorfeld eine Vielzahl von Randbedingungenzusätzlich berücksichtigt werden.“ , so Michael Kleinebram, Leider derAnwendungstechnik von Boy

Von der Kunststoff- zur Metallform
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Kassettenwerkzeug mit 3D-gedrucktem Formeinsatz – hier aus Kunststoff. Foto: Dr. Boy

In den letzten zwei Jahren revolutionieren die 3D-gedruckten Formeinsätze aus Kunststoff den Werkzeugbau in der kunststoffverarbeitenden Industrie. Niedrige Werkzeugkosten durch 3D-gedruckte Formeinsätze sowie die schnelle Umsetzung von Änderungen sind die entscheidenden Vorteile für die Anwender. Ein Wermutstropfen sind bei diesen Werkzeugen jedoch deren Standzeiten.
Je höher die Temperaturen der Materialien sind und bei großen Einspritzdrücken belasten die Formeinsätze deutlicher und die Einsatzzeiten der 3D-gedruckten Formen schwinden. Gerade bei Kleinserien und mittelhohen Stückzahlen wünschen sich viele Anwender daher standfestere Lösungen. Diese sind mit der Verwendung von 3D-gedruckten Formeinsätzen aus Metall gegeben. Höhere Standfestigkeiten sowie die Möglichkeit einer teils erforderlichen Werkzeugtemperierung/-kühlung sind mit diesen Metall-Formeinsätzen gegeben und stellen somit die nächste Ausbaustufe der Additiven Fertigung dar.

Eine gute Vorbereitung ist das A und O

Der schichtweise Druck der Formeinsätze aus Kunststoff oder Metall unterscheidet sich jedoch deutlich in puncto Vorbereitung und Planung. Bei den Metall-Formeinsätzen müssen bereits im Vorfeld eine Vielzahl von Randbedingungen zusätzlich berücksichtigt werden. So müssen bei komplexen und stark dreidimensionalen Teilen Temperier­kanäle und deren Anschlüsse bereits bei der Planung der Formeinsätze vorgesehen werden. Ebenso muss bei den metallisch gedruckten Werkzeugen die Trenn­ebene noch bearbeitet werden, denn die Struktur der Formteiloberfläche ergibt sich aus dem Druckvorgang. Für die Erreichung einer definierten beziehungsweise gewünschten Oberfläche ist daher dieser zusätzliche Bearbeitungsschritt erforderlich.

100 Bauteile lassen sich in der Regel mit einem 3D-gedruckten Formeinsatz aus Kunststoff herstellen, manchmal auchmehr. Bei höheren Stückzahlen können 3D-gedruckte Formeinsätze aus Metall eine Lösung sein, bringen aber einen höheren Auwand mit sich. 

Ist der technologische und monetäre Aufwand der 3D-gedruckten Formeinsätze für kleine Stückzahlen überschaubar und wesentlich effizienter als der für herkömmliche Stahlwerkzeuge, trifft dies bei Metall-Formeinsätzen je nach deren Aufbau und Komplexität nicht derart vollumfänglich zu. Bereits bei der Auslegung der Werkzeuge oder der Metall-Formeinsätze sollte die Entscheidung für einen Metall-Formeinsatz oder für ein herkömmliches Aluminium- oder Stahlwerkzeug getroffen werden. Dem Konstrukteur sollten daher die Potenziale der 3D-Technologie geläufig sein, um anhand der zusätzlichen Möglichkeiten den besten Weg zu einem guten und günstigen Werkzeug zu gehen.

Thomas Breiden und Michael Kleinerbrahm, Dr. Boy

Aufmacherbild: Dr. Boy