Strahlschmelzen - LaserCUSING® - Integration im Werkzeug- und Formenbau

Die generativen Fertigungsverfahren haben längst ihren Platz in der Wertschöpfungskette neben konventionellen Prozessen eingenommen. Trotzdem müssen die Anwender immer wieder aufs Neue für die recht abstrakten Möglichkeiten und Chancen der Verfahren sensibilisiert werden. Querdenken kann oft schneller und effizienter zur erfolgreichen Problemlösung beitragen als traditionelle Schlüsselwege. Deshalb soll der Beitrag einige Kernpunkte ansprechen, die die additiven Verfahren in den Unternahmen – speziell das LaserCUSING® - als überaus sinnvolle Ergänzung des Technologieparks erachten. Neben der Herstellung von metallischen Prototypen geht der Vortrag insbesondere auf die Vielfalt der Effekte integrierbarer Kanäle in Formeinsätzen besonders des Spritzgusswerkzeugbaus ein.

Virtuelle Prototypen – Möglichkeiten und Grenzen

Die Ergebnisse der Konstruktion können so aufbereitet werden, dass sie nach entsprechenden Berechnungen und Simulationen als virtuelle Prototypen zur Verfügen gestellt werden können. Die Möglichkeiten des Einsatzes virtueller Prototypen werden aufgezeigt. Der Unterschied zwischen virtuellen und realen Prototypen in Bezug auf die individuelle Wahrnehmung aufgrund der Sinnesmodalitäten wird erläutert. Die gegenwärtigen Grenzen der virtuellen Prototypen werden aufgezeigt.

Formflexible Werkzeuge für den Spritzguss – Lösungsansatz zur wirtschaftlichen Anwendung des Spritzgießens bei kleinen Losgrößen

Die derzeitige Marktentwicklung hin zu individualisierten Produkten führt auch im Werkzeug- und Formenbau zu reduzierten Stückzahlen. Die Wirtschaftlichkeit des Spritz- oder Druckgießens ist eingeschränkt durch hohe Werkzeugkosten, die teilweise nur auf eine geringe Anzahl von Bauteilen umgelegt werden können. Lösungsmöglichkeiten durch Modularisierung bzw. Standardisierung von Werkzeugsegmenten bieten nur eine eingeschränkte Wiederverwendbarkeit der Werkzeuge. Aus dieser Situation heraus werden am iwb (Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften) Anwenderzentrum Augsburg der Technischen Universität München (TUM) formflexible Werkzeuge für den Spritzguss entwickelt, die dem Anspruch genügen, verschiedene Geometrien mit dem gleichen Werkzeug abzuformen. Bei dem im Folgenden beschriebenen Ansatz wird die Formflexibilität durch ein einstellbares Nadelpaket realisiert, das beliebig oft justiert werden kann. Die so gewonnene Wiederverwendbarkeit des Werkzeugkonzepts garantiert den wirtschaftlichen Einsatz des Spritzgießens bei kleinen Losgrößen und stellt eine neue Möglichkeit des Prototypenwerkzeugbaus im Anwendungsgebiet Spritzgießen dar.

Lamellenwerkzeuge mit konturfolgender Kuehlung für Spritzguss- und Schaeumwerkzeuge

Die Verkürzung der Zeit von der Produktidee bis zur Markteinführung wird für Unternehmen in nahezu allen Branchen zunehmend zum Wettbewerbsfaktor. Fertigungsverfahren, bei denen kein Material abgetragen sondern aufgebaut wird, können in diesem Zusammenhang ein Alternative zur konventionellen Fertigung darstellen. Ein generatives Verfahren, welches besonders zur schnellen Fertigung von Prototypwerkzeugen mit Kantenlängen größer 300 mm geeignet ist, ist das Metal Laminated Tooling (MELATO®). Bei diesem Verfahren werden komplex geformte Werkzeuge aus Stahlblechzuschnitten zusammengesetzt und in Abhängigkeit vom Anwendungsgebiet kraft- oder stoffschlüssig verbunden. Das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS) in Dresden arbeitet gemeinsam mit industriellen Partnern aus den Gebieten Werkzeug- und Anlagenbau sowie Softwareentwicklung und Sensorik an einer Automatisierungslösung für das Schneiden, Paketieren und Fügen von Blechzuschnitten. Damit soll die Fertigungszeit großer Werkzeuge von derzeit etwa 12 Wochen auf eine Woche verkürzt werden. Neben der Anwendung im Bereich der Präge- oder Tiefziehwerkzeuge ist das Verfahren prädestiniert für die Herstellung von Spritzgusswerkzeugen mit konturfolgenden Kühlkanälen. Die Darstellung der Prozesskette, möglicher Verbindungstechnologien und realisierte Anwendungen sind Gegenstand des vorliegenden Beitrages.

Funktionsintegration im Werkzeugbau durch laseradditive Fertigung

Werkzeugbauer stellen anspruchsvolle Spritzgießwerkzeuge als Einzelanfertigung oder in kleiner Stückzahl her. Dabei unterliegen sie einem hohen Zeit- und Kostendruck durch die Forderung der Kunden nach einer kurzen Time-to-Market und der Konkurrenz aus Niedriglohnländern. Eine Innovation des Werkzeugbaus zur Reduzierung von Zeit und Kosten ist die Integration von zusätzlichen Funktionen in bestehende Komponenten. Am Institut für Laser- und Anlagensystemtechnik der TU Hamburg-Harburg wurde in Zusammenarbeit mit Werkzeugbau Siegfried Hofmann und Concept Laser ein Druckluftauswerfersystem für Spritzgießwerkzeuge entwickelt. Dieses System kann klassische Auswerferstifte vollständig ersetzen. Die Integration von Druckluftauswerfern in laseradditiv gefertigte Werkzeugeinsätze mit konturnaher Kühlung erfolgt kostenneutral, da sich die Fertigungszeit des Einsatzes durch das zusätzliche System nicht verlängert und eine Druckluftsteuerung bereits in Spritzgießmaschinen vorhanden ist. Zusätzlich entfällt durch das Druckluftauswerfersystem das komplette mechanische Auswerferpaket. Durch diese Einsparungen reduzieren sich Zeit und Kosten für das Werkzeug.