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Spritzgießwerkzeuge Der 3D-Druck in Metall erweist sich als unerreichter Formenbau-Optimierer

| Redakteur: Peter Königsreuther

Toolcraft bündelt jetzt sieben Geschäftsbereiche, damit diese voneinander profitieren. Ein erfolgreiches Formenbauprojekt, bei dem die Additive Fertigung eine Hauptrolle gespielt hat, beweist nun, dass dieser Schritt in die richtige Richtung gegangen ist.

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Der 3D-Druck in Metall hat es ermöglicht, dass ein Spritzgießwerkzeug völlig neu konzipiert werden konnte, betont Toolcraft. Hier einige Komponenten davon. Die Form wurde so kleiner und leichter, was ihren Einsatz in kleineren Spritzgießmaschinen erlaubt. Die rechte Hälfte zeigt Spuren der zerspanenden Nacharbeit, die noch nötig ist.
Der 3D-Druck in Metall hat es ermöglicht, dass ein Spritzgießwerkzeug völlig neu konzipiert werden konnte, betont Toolcraft. Hier einige Komponenten davon. Die Form wurde so kleiner und leichter, was ihren Einsatz in kleineren Spritzgießmaschinen erlaubt. Die rechte Hälfte zeigt Spuren der zerspanenden Nacharbeit, die noch nötig ist.
(Bild: Toolcraft)

Mit daran beteiligt war dabei außerdem Siemens, wie Toolcraft betont. Am Anfang drehte sich alles um eine Form zur Herstellung eines Kunststoffteils für die optische Industrie. Die Möglichkeiten des 3D-Drucks in Metall erlauben es dabei, neue Wege zu gehen und eine Form quasi vollkommen neu zu denken, so Toolcraft. Heraus kam ein topologieoptimiertes Werkzeug, das nicht nur leichter herzustellen sei, sondern auch im Hinblick auf die Produktion des Kunststoffteils erhebliche Verbesserungen bringe.

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Die werkzeugtechnische Ausgangssituation...

Das bisher vorhandene Werkzeug besteht aus Formeinsätzen, Formplatten, Aufspannplatten und Normteilen. Die Abmessungen desselben belaufen sich auf 125 mm × 125 mm × 130 mm bei einem Gewicht von rund 60 kg. Das erklärte Ziel des Projektes war es, den Spritzgussprozess hinsichtlich der Zykluszeit zu optimieren sowie die Komplexität der Baugruppe und des Entwicklungsprozesses zu vereinfachen. Bei diesem Vorhaben profitierte Toolcraft von der langjährigen Expertise im Bereich der Additiven Fertigung. Aufgrund der immensen designerischen Freiheiten, die nicht nur der metallische 3D-Druck ins Feld führt, konnte der beteiligte Konstrukteur den Formeinsatz neu ausgelegen und die Topologie entsprechend den vorhandenen Lasten und Anforderungen optimieren. Das Ergebnis ist eine vollkommen neue Form, die kleiner und leichter ist und mit integrierter, konturnaher Kühlung die Zykluszeit reduziert.

Das ist im Vorfeld zu beachten...

Ralf Domider, verantwortlich für Konstruktion und Simulation Metall-Laserschmelzen bei Toolcraft, erklärt: „Bestimmte Flächen galt es bei der Topologieoptimierung zu erhalten, um die Funktionalität der Form zu gewährleisten. Und Spezielle Anforderungen, wie zum Beispiel die Passgenauigkeit beider Teile zueinander, die Position des Auswerferpaketes sowie die Anschlüsse der Maschinenperipherie, mussten bei der Topologieoptimierung bereits berücksichtigt werden.“ Außerdem sei schon bei der Konstruktion die spätere Aufspannmöglichkeit für Nacharbeiten in einem CNC-Bearbeitungszentrum zu beachten.

Die Additive Fertigung beweist auch hier ihre Einsatzreife

Um die technologischen Vorteile der Additiven Fertigung auch voll ausschöpfen zu können, wurden Funktionsflächen, wie zum Beispiel ein konturnaher Kühlkanal mit einer anwendungsspezifisch optimierten Querschnittsfläche, in das Rohteil integriert, heißt es weiter. Eine weitere Herausforderung betraf den Bauteilverzug, der beim 3D-Druck in Metall passieren kann. Die optimale Bauteilausrichtung und die jeweilige Supporterstellung setzt deshalb ein tiefes Prozessverständnis und viel Erfahrung im Aufbereiten von Daten für die Additive Fertigung voraus und hat einen starken Einfluss auf den Bauteilverzug, so Toolcraft. Mithilfe der integrierten Prozesssimulation sollen sich diese Verzüge aber schnell und effizient berechnen lassen. Somit werden Ausschussteile oder Störungen im Bauprozess bereits im Vorfeld vermieden. Das „First-time-right“-Prinzip ist, wie Toolcraft anmerkt, ein wichtige Bestätigung für die technologische Reife der generativen Fertigung und ist vor allem für industrielle Anwendungen von hoher Bedeutung.

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