Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Effizient entlüftet – Werkzeugformen mit Mikrostrukturen für den Kunststoffspritzguss

23.09.2014

Mit Spritzgießverfahren lassen sich kostengünstig große Mengen an Kunststoffprodukten in hoher Qualität herstellen – allerdings nur, wenn die eingespritzte Kunststoffmasse das Formwerkzeug vollständig ausfüllt und das fertig abgeformte Bauteil keine Oberflächenfehler aufweist. Darauf hat die Formentlüftung einen entscheidenden Einfluss.

Das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT aus Aachen untersucht deshalb in einem Forschungsprojekt gemeinsam mit drei Industriepartnern, wie sich durch Mikrostrukturen die Entlüftung von Spritzgießwerkzeugen verbessern lässt. Erste Ergebnisse stellt das Fraunhofer IPT vom 14. bis 18. Oktober 2014 auf der Kunststoff-Fachmesse Fakuma in Friedrichshafen vor.


Werkzeugeinsatz ohne (links) und mit filigranen Entlüftungsstrukturen (rechts).

Bildquelle: Fraunhofer IPT

Beim Kunststoffspritzgießen kommen Metallformen zum Einsatz, die während des Spritzgießens geschlossen und unter hohem Druck mit heißem, flüssigem Kunststoff gefüllt werden. Dabei muss der eingespritzte Kunststoff die Luft in der Form vollständig verdrängen. Wenn das nicht gelingt und die Luft nicht schnell genug entweichen 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.

Deshalb dienen häufig Entlüftungsflächen in der Trennebene des Formwerkzeugs dazu, 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.

Funktionale Mikrostrukturen zum Entlüften einzusetzen, deren Wirkung bereits während der Konstruktion eines Werkzeugs simuliert und virtuell erprobt werden könnte, wäre eine hilfreiche Alternative. Standardisierte Gestaltungsregeln für solche Strukturen, die eine Entlüftung passend zur jeweiligen Anwendung beschreiben, oder gar eine umfassende Simulations- oder Konstruktionssoftware existieren jedoch bisher nicht.

Das Fraunhofer IPT entwickelt deshalb gemeinsam mit drei Partnern aus der kunststoffverarbeitenden Industrie eine Methode zur gezielten Formentlüftung durch funktionale Mikrostrukturen: Durch diese komplexen, filigranen Strukturen soll eine ausreichende Entlüftung gewährleistet werden, ohne dass der flüssige Kunststoff mit der Luft aus der Form entweicht.

Im Forschungsprojekt »VentOpt« untersuchen die Aachener Forscher die Funktionsweise solcher Entlüftungsstrukturen und nutzen die gewonnenen Erkenntnisse zur Gestaltung und Dimensionierung der Strukturen. Indem typische Prozessparameter wie Fülldruck, Werkzeugtemperatur und die Eigenschaften des eingesetzten Kunststoffmaterials bereits bei der Auslegung berücksichtigt werden, lassen sich die Entlüftungsstrukturen optimal an die gewünschte Anwendung anpassen.

Für den praktischen Einsatz wird in dem Projekt außerdem eine intelligente Simulationssoftware entwickelt. Diese soll nicht nur der 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 Simulationssoftware stets auf alle erforderlichen Informationen zugreifen und auf dieser Basis die jeweils 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.

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung bewilligte Ende 2013 das Verbundprojekt »VentOpt« (Förderkennzeichen 02PK2371), in dem die Unternehmen Simcon kunststofftechnische Software GmbH, FKT Formenbau und Kunststofftechnik GmbH und Komos GmbH mit dem Fraunhofer IPT zusammenarbeiten.

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.


Partner im Projekt

- Simcon kunststofftechnische Software GmbH (Projektkoordination), Würselen
- KOMOS GmbH, Bürgel
- FKT Formenbau und Kunststofftechnik GmbH, Triptis
- Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT, Aachen

Kontakt

Dipl.-Ing. Kai Winands
Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT
Steinbachstraße 17
52074 Aachen
Telefon +49 241 8904-421
kai.winands@ipt.fraunhofer.de
www.ipt.fraunhofer.de

Diese Pressemitteilung und ein druckfähiges Bild finden Sie auch im Internet unter
www.ipt.fraunhofer.de/de/presse/Pressemitteilungen/20140923ventopt.html

Susanne Krause | Fraunhofer-Institut

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Verfahrenstechnologie:

nachricht Startschuss für EU-Projekt: Charakterisierung der Schweißraupe für adaptives Laserauftragschweißen
15.11.2017 | Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT

nachricht Innovatives Verfahren zur Aufbereitung von Raps
08.11.2017 | Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V.

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Verfahrenstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Ultrakalte chemische Prozesse: Physikern gelingt beispiellose Vermessung auf Quantenniveau

Wissenschaftler um den Ulmer Physikprofessor Johannes Hecker Denschlag haben chemische Prozesse mit einer beispiellosen Auflösung auf Quantenniveau vermessen. Bei ihrer wissenschaftlichen Arbeit kombinierten die Forscher Theorie und Experiment und können so erstmals die Produktzustandsverteilung über alle Quantenzustände hinweg - unmittelbar nach der Molekülbildung - nachvollziehen. Die Forscher haben ihre Erkenntnisse in der renommierten Fachzeitschrift "Science" publiziert. Durch die Ergebnisse wird ein tieferes Verständnis zunehmend komplexer chemischer Reaktionen möglich, das zukünftig genutzt werden kann, um Reaktionsprozesse auf Quantenniveau zu steuern.

Einer deutsch-amerikanischen Forschergruppe ist es gelungen, chemische Prozesse mit einer nie dagewesenen Auflösung auf Quantenniveau zu vermessen. Dadurch...

Im Focus: Leoniden 2017: Sternschnuppen im Anflug?

Gemeinsame Pressemitteilung der Vereinigung der Sternfreunde und des Hauses der Astronomie in Heidelberg

Die Sternschnuppen der Leoniden sind in diesem Jahr gut zu beobachten, da kein Mondlicht stört. Experten sagen für die Nächte vom 16. auf den 17. und vom 17....

Im Focus: «Kosmische Schlange» lässt die Struktur von fernen Galaxien erkennen

Die Entstehung von Sternen in fernen Galaxien ist noch weitgehend unerforscht. Astronomen der Universität Genf konnten nun erstmals ein sechs Milliarden Lichtjahre entferntes Sternensystem genauer beobachten – und damit frühere Simulationen der Universität Zürich stützen. Ein spezieller Effekt ermöglicht mehrfach reflektierte Bilder, die sich wie eine Schlange durch den Kosmos ziehen.

Heute wissen Astronomen ziemlich genau, wie sich Sterne in der jüngsten kosmischen Vergangenheit gebildet haben. Aber gelten diese Gesetzmässigkeiten auch für...

Im Focus: A “cosmic snake” reveals the structure of remote galaxies

The formation of stars in distant galaxies is still largely unexplored. For the first time, astron-omers at the University of Geneva have now been able to closely observe a star system six billion light-years away. In doing so, they are confirming earlier simulations made by the University of Zurich. One special effect is made possible by the multiple reflections of images that run through the cosmos like a snake.

Today, astronomers have a pretty accurate idea of how stars were formed in the recent cosmic past. But do these laws also apply to older galaxies? For around a...

Im Focus: Pflanzenvielfalt von Wäldern aus der Luft abbilden

Produktivität und Stabilität von Waldökosystemen hängen stark von der funktionalen Vielfalt der Pflanzengemeinschaften ab. UZH-Forschenden gelang es, die Pflanzenvielfalt von Wäldern durch Fernerkundung mit Flugzeugen in verschiedenen Massstäben zu messen und zu kartieren – von einzelnen Bäumen bis hin zu ganzen Artengemeinschaften. Die neue Methode ebnet den Weg, um zukünftig die globale Pflanzendiversität aus der Luft und aus dem All zu überwachen.

Ökologische Studien zeigen, dass die Pflanzenvielfalt zentral ist für das Funktionieren von Ökosys-temen. Wälder mit einer höheren funktionalen Vielfalt –...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Technologievorsprung durch Textiltechnik

17.11.2017 | Veranstaltungen

Roboter für ein gesundes Altern: „European Robotics Week 2017“ an der Frankfurt UAS

17.11.2017 | Veranstaltungen

Börse für Zukunftstechnologien – Leichtbautag Stade bringt Unternehmen branchenübergreifend zusammen

17.11.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Technologievorsprung durch Textiltechnik

17.11.2017 | Veranstaltungsnachrichten

IHP präsentiert sich auf der productronica 2017

17.11.2017 | Messenachrichten

Roboter schafft den Salto rückwärts

17.11.2017 | Innovative Produkte