Fraunhofer-Gesellschaft

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Wachstumspotenzial des Rapid Tooling ... durch Prototypenwerkzeuge für Kunststoffteile mit Miniaturstrukturen. 1. Teil

 
: Hommel, B.

Die Maschine : DIMA 60 (2006), Nr.1, S.53-55
ISSN: 0340-5737
Deutsch
Zeitschriftenaufsatz
Fraunhofer IWS ()
schnelle Fertigung; Werkzeugbau; schnelle Prototypentwicklung; Miniaturbauweise; Düse; Modell; Lasersintern; Kunststoffformteil

Abstract
In der industriellen Fertigung nehmen miniaturisierte Teile oder solche mit Mikrostrukturen eine bedeutende Stellung ein. Der Stückzahlenbereich liegt dabei immer häufiger zwischen wenigen Einzelteilen und kleinen bis mittleren Serien. Die für die Kunststoffverarbeitung herzustellenden Serienwerkzeuge sind zeit- und kostenaufwändig, sodaß sie für kleinere Stückzahlen in der Regel nicht wirtschaftlich realsierbar sind. Mit neueren Abformtechnologien können metallische oder metallisierte Werkzeuge mit filligranen Konturen auch für Prototypen mittlerer Stückzahlen hergestellt werden. Insbesondere der wachsende Anteil komplizierter und miniatursierter Kunststoffteile sowie filigraner und mikrostrukturierter Funktionsoberflächen erfordert eine hohe Abbildungsgenauigkeit. Diese läßt sich in mehrstufigen Verfahren durch Abformung eines körperlich vorhandenen Urmodells erreichen. Zu genauesten Abformverfahren gehört das Galvano-Prototyping sowie Modifikationen des thermischen Spritzens. Durch Rapid Prototyping und Rapid Tooling werden, gestützt auf virtuelle Computermodelle, Bauteile generativ hergestellt. Ausgangspunkt des Fertigungsprozesses ist ein dreidimensionales CAD-Volumenmodell. Nach Umwandlung in ein STL-Datenformat wird das Bauteil in einzelne Schichten zerlegt (Slice-Prozeß). Das Ausgangsmaterial kann flüssig oder pulverförmig sein oder es werden Folien verwendet. Allerdings ist die Qualität der auf diese Weise erzeugten Modelle für Präzisionswerkzeuge im Miniaturbereich nicht ausreichend. Metallische Prototypenwerkzeuge werden auch heute noch mittels spanender und abtragender Verfahren hergestellt. Bei Prototypenwerkzeugen kommen vor allem Aluminium oder Stähle ohne Wärmebehandlung zum Einsatz. Lasersintern gehört zu den am weitesten verbreiteten Rapid Prototyping Verfahren. Metallpulver wird mit oder ohne Kunstharzbinder miteinander verbunden und so zu einem Körper aufgebaut. Eine Nachbehandlung, beispielsweise durch Infiltrieren niedrig schmelzender metallischer Werkstoffe, kann zu einer Verbesserung der Eigenschaften führen. Bei dem Verfahren 'Sintern im Vakuum' wird Pulver eingesetzt, dessen Partikelgröße im Nanometerbereich liegt. Die erzielten Ergebnisse lassen insbesondere bei geringen Abmessungen und filgranen Konturen mit einem großen Aspektverhältnis ein breites Anwendungsfeld bei Spritzgießwerkzeugen und in der Elektrodenherstellung erwarten. Das lamellieren von metallischen Werkzeugeinsätzen kann auf der Basis von Folien oder Blechen erfolgen. Während das Laminated Object Manufacturing (LOM) Folien von der Rolle zum Teilaufbau nutzt und für den Spritzgußwerkzeugbau kaum Bedeutung hat, werden bei dem Metal Laminated Tooling (MELATO) lasergeschnittene Bleche für den Werkzeugaufbau genutzt. Bei dem Kombinationsverfahren ist die erste Stufe die Herstellung eines Modells, einer Vorlage oder eines Prototyps. In einer zweiten Stufe wird dieses Modell abgeformt und auf diesem Wege ein Werkzeug aus Metall oder einem Werkstoffverbund hergestellt. Für das Abformen stehen eine Vielzahl von Gieß- und Metallspritzverfahren sowie das Galvano-Prototyping und das in Entwicklung befindliche Coraform-Verfahren zur Verfügung.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-60556.html