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 Innovation macht 3D-Drucker für kleinere und mittlere Unternehmen rentabel
24.03.2017 | Technische Hochschule Nürnberg Georg Simon Ohm

nachricht Neues energieeffizientes Verfahren zur Herstellung von Kohlenstofffasern
13.03.2017 | Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Verfahrenstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen

Eine internationale Forschergruppe mit dem Bayreuther Biochemiker Prof. Dr. Clemens Steegborn präsentiert in 'Science' neue, für die Biomedizin wegweisende Forschungsergebnisse zur Rolle des Moleküls NAD⁺ bei der Korrektur von Schäden am Erbgut.

Die Zellen von Menschen und Tieren können Schäden an der DNA, dem Träger der Erbinformation, bis zu einem gewissen Umfang selbst reparieren. Diese Fähigkeit...

Im Focus: Designer-Proteine falten DNA

Florian Praetorius und Prof. Hendrik Dietz von der Technischen Universität München (TUM) haben eine neue Methode entwickelt, mit deren Hilfe sie definierte Hybrid-Strukturen aus DNA und Proteinen aufbauen können. Die Methode eröffnet Möglichkeiten für die zellbiologische Grundlagenforschung und für die Anwendung in Medizin und Biotechnologie.

Desoxyribonukleinsäure – besser bekannt unter der englischen Abkürzung DNA – ist die Trägerin unserer Erbinformation. Für Prof. Hendrik Dietz und Florian...

Im Focus: Fliegende Intensivstationen: Ultraschallgeräte in Rettungshubschraubern können Leben retten

Etwa 21 Millionen Menschen treffen jährlich in deutschen Notaufnahmen ein. Im Kampf zwischen Leben und Tod zählt für diese Patienten jede Minute. Wenn sie schon kurz nach dem Unfall zielgerichtet behandelt werden können, verbessern sich ihre Überlebenschancen erheblich. Damit Notfallmediziner in solchen Fällen schnell die richtige Diagnose stellen können, kommen in den Rettungshubschraubern der DRF Luftrettung und zunehmend auch in Notarzteinsatzfahrzeugen mobile Ultraschallgeräte zum Einsatz. Experten der Deutschen Gesellschaft für Ultraschall in der Medizin e.V. (DEGUM) schulen die Notärzte und Rettungsassistenten.

Mit mobilen Ultraschallgeräten können Notärzte beispielsweise innere Blutungen direkt am Unfallort identifizieren und sie bei Bedarf auch für Untersuchungen im...

Im Focus: Gigantische Magnetfelder im Universum

Astronomen aus Bonn und Tautenburg in Thüringen beobachteten mit dem 100-m-Radioteleskop Effelsberg Galaxienhaufen, das sind Ansammlungen von Sternsystemen, heißem Gas und geladenen Teilchen. An den Rändern dieser Galaxienhaufen fanden sie außergewöhnlich geordnete Magnetfelder, die sich über viele Millionen Lichtjahre erstrecken. Sie stellen die größten bekannten Magnetfelder im Universum dar.

Die Ergebnisse werden am 22. März in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ veröffentlicht.

Galaxienhaufen sind die größten gravitativ gebundenen Strukturen im Universum, mit einer Ausdehnung von etwa zehn Millionen Lichtjahren. Im Vergleich dazu ist...

Im Focus: Giant Magnetic Fields in the Universe

Astronomers from Bonn and Tautenburg in Thuringia (Germany) used the 100-m radio telescope at Effelsberg to observe several galaxy clusters. At the edges of these large accumulations of dark matter, stellar systems (galaxies), hot gas, and charged particles, they found magnetic fields that are exceptionally ordered over distances of many million light years. This makes them the most extended magnetic fields in the universe known so far.

The results will be published on March 22 in the journal „Astronomy & Astrophysics“.

Galaxy clusters are the largest gravitationally bound structures in the universe. With a typical extent of about 10 million light years, i.e. 100 times the...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungen

Lebenswichtige Lebensmittelchemie

23.03.2017 | Veranstaltungen

Die „Panama Papers“ aus Programmierersicht

22.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Förderung des Instituts für Lasertechnik und Messtechnik in Ulm mit rund 1,63 Millionen Euro

24.03.2017 | Förderungen Preise

TU-Bauingenieure koordinieren EU-Projekt zu Recycling-Beton von über sieben Millionen Euro

24.03.2017 | Förderungen Preise