Sprayforming zur Herstellung von effizienten und ressourcen- schonenden Formen für die kunststoffverarbeitende Industrie (SPRAYFORMING)

Eine wirtschaftliche Herstellung komplexer, großvolumiger und anspruchsvoller Kunststoffbauteile hängt in erster Linie von einer effizienten Fertigung der dazu benötigten Formen und Werkzeuge ab. Die derzeitigen verwendeten Formen aus Stahl oder Aluminium beruhen auf konventionellen Konstruktionsprinzipien. Die Formen werden meist aus dem Vollen gearbeitet, wobei die Integration von Heiz- und Kühlkanälen fertigungsbedingt relativ weit von der Oberfläche erfolgt. Dies führt zum Einen zu einer starken Aufheizung der Formen während des Formgebungsprozesses, zum Anderen zu einer übermäßigen Rückkühlung der Massivform für die Entnahme des Kunststoffbauteiles (Entformen). Das Aufheizen und Abkühlen der großen Formen ist sehr energie- und zeitintensiv mit dadurch verursachten hohe Fertigungskosten. Besonders die kunststoffverarbeitenden Industrie mit ihren vergleichsweise langen Zykluszeiten, beispielsweise bei Herstellung von Faserverbundbauteilen auf Basis duromerer Kunststoffe, haben gravierende wirtschaftliche Nachteile. Das ist insbesondere dann der Fall, wenn sie verhältnismäßig große integrale Bauteile herstellen( z.B. Fahrerhaus eines Nutzfahrzeuges). In diesem Verbundprojekt werden deshalb die Entwicklung eines neuen Herstellungsverfahrens und eines schnellen Formenbau angestrebt. Hauptziel des Verbundprojektes war die Endwicklung eines neuen endkonturnahes Herstellprinzip für dünnwandige Formen oder Formschalen mit integrierter Heizung und Kühlung. Für eine Verbesserung der Energiebilanz und für eine konstruktionsgerechte Formgestaltung war die Anbringung einer Vielzahl von Heiz- und Kühlkanälen unmittelbar unter der Formoberfläche entscheidend. Es mussten geeignete Formen- und Urmodellmaterialien gefunden werden, mit denen es möglich ist, mittels des thermischen Spritzprozesses (als Verfahren wurde das Lichtbogendrahtspritzen eingesetzt) große, komplexe Formen aufzubauen und mit integrierten Kühl-/Heizkanälen zu versehen. Ergebnisse Das Verbundprojektziel konnte durch Modellierung des Spritzprozesses, des Schichtaufbaues und bei Berücksichtigung von kritischen Materialeigenschaften wie geringe Porosität und Verringerung von Verzügen erreicht werden. Es ist für die qualitätsgerechte Herstellung der Kunststoffbauteile entscheidend, die Rückfederung des Materials beim Endformen vorauszusagen. Durch Simulation ist die Entwicklungszeit für diese neue Formenherstellung deutlich verkürzt worden, da beispielsweise das Reduzieren der Verzüge in den großen, komplexen Formschalen nicht mehr durch iterativ auf einander abgestimmte Experimente an realen, teuren Formen oder Dummys erfolgen muss. Die erzeilbaren guten Formeneigenschaften schaffen die Voraussetzung, um die Energiebilanz des eigentlichen Abformprozesses für Kunststoffbauteile zu verbessern. Als Ergebnis des Verbundvorhabens liegt eine Demonstrationslösung des neuen endkonturnahe Herstellprinzipes für dünnwandige Formen oder Formschalen mit integrierter Heizung und Kühlung vor. Die Verbundprojektpartner haben die Ergebnisse auf der Messe MATERIALCA und dem Surface- Kongress 2012 in München der Fachöffentlichkeit vorgestellt. Die Ergebnisse wurden im FuE- Abschlussbericht dokumentiert und sind über den Koordinator des Verbundprojektes erhältlich.