FH Bielefeld
University of
Applied Sciences

Entwicklung und Qualifizierung eines additiv gefertigten hybriden Werkzeugelements (AMHyTo)

Spritzgießen, Spritzgießwerkzeuge, Temperierung, Kühlung, Zykluszeitreduzierung, Simulation, Additive Fertigung, Hot Spot Reduzierung, Konturnahe Kühlung, Energiereduktion, Energiesparen


Fachhochschule Bielefeld
Fachbereich Ingenieurwissenschaften und Mathematik
Interaktion 1
33619 Bielefeld


Projektbeteiligung

Grohedal Sanitärsysteme GmbH (assoziiert)

Laufzeit
16.11.2021 – 15.05.2022


Projektförderung

progres.nrw - Research

 

 


Kurzbeschreibung

Spritzgussteile sind in allen Bereichen des Lebens von Haushalt bis zur Mobilität über der industriellen Anwendung zu finden. Somit stellt das Spritzgießen eines der häufigsten Produktionsverfahren dar. Durch die konturnahe Kühlung von Spritzgießwerkzeugen kann bis zu 30 % Zykluszeit eingespart werden. Häufig kommen derartige Werkzeuge nicht zum Einsatz, da die Herstellungskosten sehr hoch sind. Die Folge ist eine verringerte Wirtschaftlichkeit durch verlängerte Zykluszeit und Energiekosten. Außerdem steigt der CO2-Ausstoß pro Bauteil, da auch in unnötig langen Kühl- und Stillstandsphasen die Maschine sowie die Peripherie Energie benötigt.

Das Projekt verfolgt das Ziel der Reduzierung der Herstellungskosten additiv gefertigter Werkzeugelemente. Dieses Ziel soll durch eine Eliminierung des Postprocessing und Reduzierung des Bauvolumens in der additiven Fertigung herbeigeführt werden. Der Lösungsansatz ist die Fokussierung auf thermisch kritische Bereiche und lokale, konturnahe Kühlwasserführung durch den Einsatz additiv gefertigter Werkzeugelemente. Thermisch weniger kritische Bereiche werden mittels einfacher Bohrsysteme gekühlt und genauso wie die Kavität direkt spanend aus dem Halbzeug gefertigt. Die additiv hergestellten Teile werden in das konventionell gefertigte Element integriert. In der Montage der Einzelteile wird die prozessbedingte Rauheit des Bauteils akzeptiert, der entstandene und isolierende Luftspalt wird mit wärmeleitenden Mitteln überbrückt. Ein Vorteil dieses Ansatzes ist ein schneller und kostengünstiger Austausch des konturnahen Bereichs im irreparablen Fall des Verdreckens durch das Wasser.

Thermische Analyse eines Werkzeugkerns bei konventioneller Fertigung (oben) und konturnaher Fertigung durch kostenintensiven 3D-Druck (unten)

Auf Basis einer erfolgreichen Abschlussarbeit an der FH Bielefeld, wird ein Konstruktionsentwurf simuliert und anhand eines Prototypen- Werkzeuges in der Praxis validiert sowie technisch-wirtschaftlich und ökologisch bewertet. Die zu erwartende Verringerung der Herstellungskosten ermöglicht es besonders KMU, vermehrt konturnahe Kühlungen einzusetzen.

Entwicklung eines Kerns mit konventioneller Kühlung und lokaler, konturnaher Kühlung durch 3D-Druck ohne Post-Processing