Fakuma rückt Keramikspritzguss ins Blickfeld

Überzeugt! Messeunternehmer Paul E. und Bettina Schall informierten sich beim Besuch der Firmen Leonhardt und OxiMaTec über die innovative Prozesskette

Im Oktober 2011 findet in Friedrichshafen die 21. FAKUMA statt, die wichtigste Fachmesse rund um das Spritzgießen von Kunststoffen. Wie bei jeder Messe greift Veranstalter Paul E. Schall auch in diesem Jahr Trends auf, 2011 wird das Interesse der Besucher u. a. auf das Thema Keramikspritzguss gelenkt. Protagonisten dafür werden – direkt oder indirekt – die Unternehmen Arburg, Hasco, Leonhardt und OxiMaTec sein.

Hintergrund


Die Miniaturisierung von Bauteilen geht einher mit höheren Forderungen an die thermischen und mechanischen Eigenschaften der Spritzgussprodukte. Bereits seit einigen Jahren setzen Werkstoff- und Produktentwickler deshalb auf alternative Werkstoffe wie Metall- und Keramikpulver. Speziell bei Anwendungen mit hohen Reibungs- und Verschleißeffekten sind keramische Hochleistungswerkstoffe das Material der Wahl, denn sie weisen neben ihrer hervorragenden Korrosions- und Temperaturbeständigkeit insbesondere in ungeschmierten Systemen hervorragende tribologische Eigenschaften auf.

Für den Metallpulver-Spritzguss (MIM, metal injection molding) sind inzwischen zahlreiche leistungsfähige Werkstoffe am Markt erhältlich. Ganz anders stellt sich die Situation bei verarbeitungsfähigen keramischen Spritzgussgranulaten dar, hier beschränkt sich das Angebot derzeit im Wesentlichen auf Standardwerkstoffformulierungen. Keramische Standardgranulate erfüllen zwar meist die Anforderungen an die mechanische Festigkeit, hinsichtlich ihrer Bruchzähigkeit erweisen sie sich jedoch vielfach als zu spröde.

Oxidische Hochleistungskeramiken, die sowohl über die hohe mechanische Festigkeit als auch die erforderliche Bruchzähigkeit verfügen, entwickelt und produziert OxiMaTec in Hochdorf bei Kirchheim. Vor zwei Jahren stellte das Unternehmen gar eine flexible Keramik vor, die mit einer Bruchzähigkeit wie der von Hartmetall ausgestattet ist. Parallel zur Werkstoffentwicklung untersucht und erprobt OxiMaTec auch die Verarbeitung mittels unterschiedlicher Formgebungsverfahren, vor allem durch uniaxiales und isostatisches Pressen, Formgebung aus Suspensionen und Spritzgießen. Dadurch gewährleistet das Unternehmen die sichere und reproduzierbare Verarbeitungsfähigkeit seiner Werkstoffe.

Wichtig für das Spritzgießen sind neben den Werkstoffen qualitativ hochwertige Formen, die den hohen Belastungen des Keramikpulver-Spritzgusses (CIM; ceramic injection molding) standhalten. Beim Werkzeugbau setzt OxiMaTec auf das Partnerunternehmen Graveurbetrieb Leonhardt, das auf filigranste Konturen und feinste Kavitäten spezialisiert ist. Die jahrzehntelange Erfahrung dieses Unternehmens im Formenbau für den Keramikspritzguss zeigt sich zum einen in der genauen Kenntnis der für solche Werkzeuge geeigneten Legierung und zum anderen in der Realisierung sehr enger geometrischer Toleranzen am fertigen Bauteil nach dem abschließenden Sinterprozess.

Technologiedemonstration auf der Fakuma


Zurück zur Fakuma 2011: Auf dem Gemeinschaftsstand von Leonhardt und OxiMaTec werden erstmalig Keramikspritzgussteile gespritzt. Die Firma Arburg, die als Pionier auf dem Gebiet des Pulverspritzgusses gilt, stellt die Maschine zur Verfügung. Der Graveurbetrieb Leonhardt hat das Werkzeug gefertigt. Der verwendete Werkstoff ist ein Zirkoniumdioxidmatrixwerkstoff von OxiMaTec, der durch Einlagerung von entsprechenden Additiven eine hohe Zähigkeit und gleichzeitig eine sehr niedrige Wärmeleitfähigkeit aufweist. Bei dem Bauteil handelt es sich um eine Überwurfmutter, die Hasco im Heißkanal als Wärmeisolationsbauteil einsetzt.

Für Paul E. Schall erfüllt sich mit der Demonstration des Verfahrens der Wunsch, dass „seine FAKUMA“ in neue Dimensionen vorstößt. So ließen es sich Paul E. und Bettina Schall, die die Entwicklung des Pulverspritzgusses seit Jahren beobachten, nicht nehmen, sich persönlich ein Bild von der gesamten Prozesskette zu machen und die beiden verbundenen Unternehmen Leonhardt und OxiMaTec zu besuchen. Paul E. Schall: „Innovative Hochleistungswerkstoffe und deren Verarbeitung im Spritzgussverfahren sind eine hervorragende Ergänzung für komplex geformte Bauteile und Anwendungen, bei denen Kunststoffe an ihre Grenzen stoßen.“

Graveurbetrieb Leonhardt


1960 als reiner Graveurbetrieb gegründet, fertigte das Unternehmen bereits nach fünf Jahren die ersten Formen für den Kunststoff- und Keramikspritzguss. Heute gehört Leonhardt dank seines ebenso umfangreichen wie breitgefächerten Maschinenparks (u. a. HSC-Fünfachssimultanfräsen, CNC-Erodieren, Lasern, Ultraschallschleifen, Hochglanz-polieren) sowie des Fachwissens und der handwerklichen Fertigkeiten der 21 Mitarbeiter zu den Spezialisten, die komplexe Werkzeuge und filigrane Bauteile in hoher Präzision fertigen können. Das Unternehmen versteht sich als Partner bei der Lösung anspruchsvoller Aufgaben, das bereits in der Planungsphase eines Bauteils sein Know-how und seine Erfahrungen einbringt.

Zahlreiche Auszeichnungen, wie der EuroMold-Award in Bronze und Gold oder Top-Innovator 2009, aber auch der Auftrag zur Fertigung des Covers für die „Goldbibel“ zeugen von der Innovationskraft und dem hohen Qualitätsanspruch des Graveurbetriebes Leonhardt.

OxiMaTec


Die OxiMaTec GmbH, gegründet 2005, entwickelt Hochleistungskeramiken, die auf die Anforderungen des späteren Einsatzes genau abgestimmt sind, Beispiele sind Dentalimplantate, Kugelköpfe für Endoprothesen, hochzähe Anschnittdichtungen für Heißkanaldüsen und resterilisierbare Flanschdichtungen für die Lebensmittelherstellung.

Grundlage für die Fertigung von Keramiken mit solch außergewöhnlichen Eigenschaftsprofilen ist neben fundierten chemischen Kenntnissen und jahrzehntelanger Erfahrung der Mitarbeiter sowie speziellen Ausrüstungen vor allem die Tatsache, dass sämtliche Werkstoffe mit eigens dafür entwickelten Komponenten und Bindersystemen aufbereitet werden. OxiMaTec unterstützt seine Kunden auch bei der Realisierung von Bauteilen, um sicherzustellen, dass die Keramiken dauerhaft ihre Funktionalität behalten.

Zahlreiche Prüfgeräte und das Fachwissen zur kompetenten Auswertung der Messergebnisse gestatten außerdem einen aussagekräftigen Qualitätsnachweis zu den entwickelten Werkstoffrezepturen. Das OxiMaTec-Prüflabor, das u. a. mit Computertomographie und Rasterelektronenmikroskopie ausgestattet ist, führt auch werkstoffanalytische Aufgaben und Schadensanalysen aus.

Ein Keramik-Kunststoff-Verbund für LED-Leuchten, der hohen Temperaturen standhält, erhielt 2009 den EuroMold-Award in Gold und gehörte zu den Top Fünf beim SPEAutomotive Award 2010. Bereits 2006 holte eine keramische Anschnittdichtung im Heißkanal den EuroMold-Award in Bronze.

Firmengruppe Schall


Das Messeunternehmen P.E. Schall GmbH & Co. KG organisiert in Deutschland sechs verschiedene Publikums- und international 20 Fachmessen. Die Motek (Handhabungstechnik), die Control (Qualitätssicherung), die Optatec (optische Technologien) und die Car & Sound (mobile Elektronik) sind weltweit führende Veranstaltungen ihrer Branche. Die Fakuma (Kunststoffbearbeitung) und die Blechexpo (Blechbearbeitung) gelten jeweils als Nummer Zwei weltweit. Die in der Neuen Messe Stuttgart stattfindenden Messen Motek, Control und Blechexpo belegten 2009 eine Fläche von rund 185.000 Quadratmetern in insgesamt 15 Hallen. An zwölf Messetagen stellten rund 3.000 Unternehmen aus. 75.000 internationale Gäste besuchten die Stuttgarter Messehallen in dieser Zeit. Mit etwa 50 Mitarbeitern erwirtschaftet die Schall-Gruppe je nach Messejahr einen Umsatz von etwa 28 Millionen Euro pro Jahr.

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