Präzise und individuelle Werkzeugformen

Darüber hinaus besitzt die additive Fertigung auch innovatives Potenzial für den klassischen Spritzguss und eröffnet ganz neue Möglichkeiten im Werkzeugbau. Das Spritzgussverfahren ist das Standardverfahren, um hochwertige Kunststoffbauteile für bewegte Anwendungen zu fertigen. Es garantiert gleichermaßen eine hohe Qualität wie eine effiziente Produktion, gerade bei Serien mit großen Stückzahlen. Allerdings kann die Entwicklung und Modellierung von Werkzeugformen sehr kosten- und zeitaufwendig sein. Egal welche Methode angewendet wird, ob Hard-Tooling mit Werkzeugstahl oder Soft-Tooling mit Aluminium, die Herstellung von Formen für den Spritzguss kostet viele tausend Euro und kann von mindestens zwei Wochen bis zu mehreren Monaten dauern. Kommen dann noch Entwicklungs- oder Produktionsfehler sowie kurzfristige Konstruktionsänderungen und nachträgliche Bearbeitungen am Werkzeug hinzu, summieren sich Kosten und Zeitaufwand derart, dass bisher fast nur Großserien rationell mit dem Spritzguss zu realisieren waren.

Gerade aber für den Anwender, der ganz spezielle Abmessungen benötigt, diese schnell und in begrenzter Stückzahl, kann die 3D-Technik die Lösung sein. Der Hersteller aus Köln stellt Produkte aus Hochleistungskunststoffen für bewegte Anwendungen her. Neben dem Spritzguss hat sich dabei vor allem die Bearbeitung von Halbzeugen als preiswerte Methode etabliert, kundenindividuelle Wünsche umzusetzen. Wartungs- und schmierungsfreie Halbzeuge aus insgesamt 25 Iglidur-Werkstoffen stehen bereit, um nach den Angaben des Anwenders aus Rundstäben oder Platten in die passende Form gefräst zu werden. Damit können Prototypen, Testmuster und kleinere Serien in freier Gestaltung produziert werden, entweder durch den Kunden selbst oder in mechanisch endbearbeiteten Wunschformen, die innerhalb von drei bis fünf Tagen geliefert werden. Einen Schritt weiter noch geht jetzt die Verbindung von 3D-Druck mit dem Spritzguss. Auf dem Rechner können Werkzeugformen in freier Formgebung modelliert, Änderungen am Design leicht vorgenommen und selbst aufwendige Details kostengünstig ausgedruckt werden, wobei komplexe Formen genauso teuer sind wie einfachere. Im Vergleich zum herkömmlichen Spritzguss mit Metallformen können durch die Verfahrenskombination Serien bis 500 Stück kostensparend hergestellt werden.

Grundsätzlich können Spritzgussformen nach der FDM- oder der SLS-Methode gedruckt werden. Beide Druckvorgänge kommen ohne materielle Eingriffe aus, das heißt, sie verursachen keine zusätzlichen Arbeitskosten beim Druck. Bei der Schmelzschichtung nach FDM wird das Werkstück schichtweise aus einem flüssigen Kunststoff aufgebaut. Für auskragende Bauteile sind Stützkonstruktionen notwendig, die nachträglich entfernt werden müssen. Das Unternehmen setzt daher auf das selektive Lasersintern (SLS), das generativ einen Werkstoff aus pulverförmigen Material auch mit Hinterschneidungen erzeugen kann. Das Pulver dient als eigenes Stützmaterial, das keine Nachbearbeitung erfordert und später sogar wiederverwendet werden kann. So können innerhalb weniger Stunden – von der Konstruktion mit dem CAD-Tool bis zum Druck – und zu geringen Vorkosten Werkzeugformen für die Spritzgussmaschine gefertigt werden.

Interessant ist diese Möglichkeit aber nicht nur für Sonderteile in kleiner Serie, sondern auch für die Erprobung neuer Muster. Während bisher der finale Dauertest mit teuren und zeitintensiven Spritzguss-Teilen erfolgen musste, weil sich das Muster in seiner Qualität zu sehr vom Serienteil unterschied, kann nun zu deutlich reduzierten Kosten ein authentisches Sonderteil für die Testphase gedruckt werden.

Die Vielfalt der Werkstoffe nutzen

Die Auswahl des richtigen Werkstoffmaterials ist entscheidend, sowohl für die Werkzeugform wie für das finale Bauteil. Traf diese Feststellung in der Vergangenheit schon für den Spritzguss mit seinen speziellen Anforderungen an Verarbeitungstemperaturen (über 250 °C) und Fließeigenschaften zu, so nun umso mehr für das additive Verfahren. Allerdings ist die Auswahl unter den zur Verfügung stehenden Werkstoffen, die mit den 3D gedruckten Spritzgusswerkzeugen gespritzt werden können, in diesem Bereich bis dato eher gering. Einige kleinere Anbieter haben zwar bereits Spritzgusswerkzeuge aus dem 3D-Drucker im Programm, diese aber sind auf Materialien mit bestimmten Standardeigenschaften beschränkt. Ihr Verschleiß ist entsprechend groß, was den häufigen Austausch erfordert beziehungsweise die Anzahl der herstellbaren Formteile beschränkt. Deshalb werden von ihnen meist nur plastische Modelle, Prototypen oder Kleinstserien gefertigt. Und dies beansprucht bei ihnen in der Regel mehr als eine Woche.

Wer jedoch besondere Werkstoffeigenschaften und eine hohe Lebensdauer in bewegten Anwendungen in kurzer Zeit benötigt, kann jetzt dabei auch auf einen großen Teil der Hochleistungskunststoffe aus getesteten Tribo-Polymeren zurückgreifen. Die Iglidur-Werkstoffe sind schmier- und wartungsfrei und senken so die Kosten beim Anwender. Darüber hinaus hat jeder Werkstoff seine ganz spezifischen Qualitäten, die für eine Vielzahl von Anwendungen und damit unterschiedlichste Branchen nutzbar sind. Besondere Chemikalien- oder Temperaturbeständigkeit sind dafür Beispiele, ebenso wie etwa FDA-Konformität oder Hochlast. tha