Spritzguss: Früher Testlauf mit Mustern möglich

Schneller und günstiger zum Prototypen

3-D-Druck reduziert Kosten um bis zu 70 und Herstellzeit um bis zu 90 Prozent

Die Produktion von Werkzeugen für den Prototypen-Spritzguss ist äußerst aufwendig und kostenintensiv, zumal für die Fertigung Stahl oder Aluminium verwendet wird. Die Werkzeuge müssen somit gefräst und gehärtet werden, so dass die Herstellung nicht nur verhältnismäßig teuer ist, sondern durchaus eine Woche in Anspruch nehmen kann. Doch inzwischen wird der Zeitdruck auf die Unternehmen immer größer. Um Werkzeuge wesentlich zeit- und kostengünstiger bereitzustellen, testete die Hans Geiger Spritzgießtechnik GmbH kürzlich das Verfahren der additiven Fertigung für die Herstellung. In nur knapp sechs Stunden lassen sich auf diesem Weg die ersten Werkzeuge zur Ansicht bereitstellen. Da für den Druck ein spezielles Kunstharz verwendet wird, das deutlich günstiger zu erwerben ist als die bislang genutzten Materialien, reduzieren sich die Herstellungskosten um bis zu 70 Prozent. Durch das Entfallen des Fräsens und Härtens ist der Prototyp in nur wenigen Stunden, statt in mehreren Tagen testbereit – eine Zeitersparnis von bis zu 90 Prozent.

Spritzguss-Werkzeuge müssen enormen Belastungen standhalten. Aus diesem Grund werden bei der Produktion vor allem widerstandsfähige Metalle bevorzugt, was eine teure und zeitaufwendige Herstellung nötig macht. Für Großserien stellt dies kein Problem dar, mit tausenden von Einsätzen rechnen sich die Investitionskosten in kurzer Zeit. Doch vor allem für kleine Loszahlen oder Einzelstücke, die für die Erzeugung von Prototypen benötigt werden, stehen die Fixkosten in keinem Verhältnis – besonders, wenn der Prototyp nicht zur Auftragsgewinnung führt. Zudem spielt die Zeit eine immer größere Rolle. Eine Alternative bietet hier der 3-D-Druck. Erste Versuche dazu wurden bereits bei der Hans Geiger Spritzgießtechnik GmbH durchgeführt: Das Ergebnis sind deutliche Vorteile für Hersteller und Kunden.

Beschleunigung der Entwicklungs- und Testphase

Bisher nahm die Herstellung bei Geiger mehrere Tage in Anspruch. Mithilfe der additiven Fertigung konnte die Dauer auf lediglich 6 Stunden verkürzt werden: „Durch die hohe Zeitreduktion lässt sich viel früher testen, ob sich ein Objekt tatsächlich so spritzgießen lässt wie vorgesehen“, erklärt Hans Kolb, Prozessingenieur bei Geiger. Folglich können Werkzeughersteller so schnell testen, ob ein Prototyp voll funktionsfähig ist oder ob eventuelle Nachbesserungen notwendig sind. „Auch eine Funktionsprüfung, ein früher Testlauf mit serienähnlichen Mustern, ist durch den 3-D-Druck schnell möglich“, ergänzt Kolb. Somit lassen sich Prototypen nicht nur auf ihre Funktionalität hin prüfen, auch eine frühe Design- und Materialauswahl kann somit getroffen werden. Mit der Beschleunigung geht eine Kostenminimierung von bis zu 70 Prozent einher, was das finanzielle Risiko bei der Prototypenherstellung stark reduziert und die attraktivere Preise ermöglicht: „Es kann zügig und einfach aufgezeigt werden, wie bestimmte Anforderungen gelöst werden können, ganz ohne immensen Zeit- und Kostenaufwand“, so Kolb. In der Ausschreibungsphase ist dies beispielsweise ein wesentlicher Vorteil.

Schnell und effizient: PolyJet-Verfahren mit Kunstharz

Es gibt verschiedene Methoden, Werkzeuge im 3-D-Druck herzustellen: So kann flüssiges Ausgangsmaterial Schicht für Schicht gehärtet oder Pulver punktuell geschmolzen werden. Beim PolyJet-Verfahren, wie es Geiger einsetzt, wird das Werkstück in Schichten aufgebaut. Zunächst werden winzige Tröpfchen auf eine Bauplattform gespritzt und mittels UV-Licht vernetzt. „Wir benutzen für den Druck Kunstharz. Die besten Ergebnisse haben wir mit Digital ABS erzielt, insbesondere bei komplexen Geometrien“, erläutert Kolb. Im Anschluss an die UV-Härtung wird das Stützmaterial in einem Wasserbad oder mit einem Wasserstrahl entfernt. Sofern notwendig, wird das gedruckte Werkstück von Hand nachbearbeitet.

Die Bauteile können direkt aus dem 3-D-Drucker verwendet werden – ein Nachhärten ist nicht notwendig. Der Vorteil dabei ist, dass im Gegensatz zum Fräsen, Schneiden oder Gießen weniger Abfall anfällt, was die Materialkosten niedrig hält und die Entsorgung erleichtert. Die Präzision der Drucke liegt bei etwa 1/10 mm. „Nicht jedes kleinste Detail kann immer genau abgebildet werden, gelegentlich muss man ein Teil mechanisch nachbearbeiten“, erklärt Kolb. „Doch bei Prototypen liegt der Fokus nicht in erster Linie auf der Detailgenauigkeit, sondern vielmehr auf der Option, verschiedene Lösungsverfahren zu testen.“ Es besteht außerdem auch die Möglichkeit, fertige Teile direkt zur Ansicht zu drucken – in diesem Fall verwendet Geiger Polyamid mit Glasfaserverstärkung.

Adressen:
HG Hans Geiger Spritzgießtechnik GmbH
Virnsberger Str. 30
90431 Nürnberg Kleinreuth bei Schweinau
Tel.: 0911 9612970
Fax: 0911 6589363
E-Mail: kontakt@geiger-formenbau.de
Internet: www.geiger-formenbau.de

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