Wie sich durch Mikrostrukturen die Entlüftung von Spritzgießwerkzeugen verbessern lässt, untersucht das Fraunhofer- Institut für Produktionstechnologie IPT aus Aachen in einem Forschungsprojekt gemeinsam mit drei Industriepartnern.
Wenn der heiße, flüssige Kunststoff beim Spritzgießen die Luft aus der Metallform nicht schnell genug verdängen kann, verdichtet sie sich und erwärmt sich sehr stark. Die Folge: unvollständig ausgeformte Kunststoffteile, fehlerhafte Oberflächen oder sogar Verbrennungen des Kunststoffs, die das Bauteil unbrauchbar machen. Um diesen Effekt zu vermeiden, sollen häufig Entlüftungsflächen in der Trennebene des Formwerkzeugs helfen, die Luft gezielt entweichen zu lassen.
Bis heute werden solche Formentlüftungen meist erst nach der Fertigstellung des Werkzeugs, also während der Erstbemusterung, eingebracht. Dabei kommt es jedoch häufig vor, dass über die Entlüftungsflächen nicht nur die Luft, sondern auch der eingespritzte Kunststoff austritt und das Werkzeug deshalb mehrfach überarbeitet werden muss.
Eine hilfreiche Alternative wäre, funktionale Mikrostrukturen zum Entlüften einzusetzen, deren Wirkung bereits während der Konstruktion eines Werkzeugs simuliert und virtuell erprobt werden könnte. Es existieren jedoch bisher keine standardisierten Gestaltungsregeln für solche Strukturen, die eine Entlüftung passend zur jeweiligen Anwendung beschreiben. Auch eine umfassende Simulations- oder Konstruktionssoftware für solche Anwendungen liegt nicht vor.
Hier setzt ein Projekt an, an dem Forscher vom Aachener Fraunhofer IPT gemeinsam mit drei Partnern aus der kunststoffverarbeitenden Industrie arbeiten. Sie wollen eine Methode zur gezielten Formentlüftung durch funktionale Mikrostrukturen entwickeln und haben erste Ergebnisse im Oktober auf der Fachmesse Fakuma vorgestellt.
Im Forschungsprojekt Ventopt untersuchen die Aachener die Funktionsweise solcher Entlüftungsstrukturen und nutzen die Erkenntnisse, um die Strukturen so zu gestalten und zu dimensionieren, dass zwar die Luft austritt, nicht aber der Kunststoff. Indem typische Prozessparameter wie Fülldruck, Werkzeugtemperatur und die Eigenschaften des Kunststoffmaterials bereits bei der Auslegung berücksichtigt werden, lassen sich die Entlüftungsstrukturen an die gewünschte Anwendung anpassen.
Für den praktischen Einsatz wird in dem Projekt eine intelligente Simulationssoftware entwickelt. Diese soll nicht nur den Füll-, sondern auch den Entlüftungsvorgang simulieren. So kann die Entlüftungsstruktur schon während der Konstruktion der Formen im CAD-Modell berücksichtigt werden. Eine Wissensdatenbank stellt sicher, dass die Software stets auf alle erforderlichen Informationen zugreifen und auf dieser Basis die passenden Mikrostrukturen sowie die optimale Position und Anzahl empfehlen kann.
Als flexibles und präzises Fertigungsverfahren setzen die Projektpartner vor allem auf das Laserstrahlstrukturieren. Damit lassen sich die Strukturen gezielt und exakt in die Spritzgießformen einbringen.
Ziel der Forschungs- und Entwicklungsarbeiten ist es, Fertigungszeiten zu verkürzen sowie Materialeinsatz und Energieaufwände spürbar zu verringern, um dadurch Ressourcen zu sparen und Kosten zu senken. Die Kunststoffprodukte, die mit den neuen mikrostrukturierten Werkzeugen hergestellt werden, sind im Idealfall gratfrei und von deutlich besserer Oberflächen- und Bauteilqualität. op
Weitere Informationen Im Verbundprojekt Ventopt, das vom BMBF gefördert wird, arbeiten die Aachener Forscher vom IPT mit der Simcon kunststofftechnische Software GmbH, Würselen, der FKT Formenbau und Kunststofftechnik GmbH, Triptis, und der Komos GmbH in Bürgel zusammen.
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