Entwicklung und Qualifizierung eines additiv gefertigten hybriden Werkzeugelements (AMHyTo)

Spritzgießen, Spritzgießwerkzeuge, Temperierung, Kühlung, Zykluszeitreduzierung, Simulation, Additive Fertigung, Hot Spot Reduzierung, Konturnahe Kühlung, Energiereduktion, Energiesparen

Fachhochschule Bielefeld
Fachbereich Ingenieurwissenschaften und Mathematik
Interaktion 1
33619 Bielefeld

Projektbeteiligung

Grohedal Sanitärsysteme GmbH (assoziiert)

Laufzeit
16.11.2021 – 15.05.2022

Projektförderung

progres.nrw - Research

Kurzbeschreibung

Spritzgussteile sind in allen Bereichen des Lebens von Haushalt bis zur Mobilität über der industriellen Anwendung zu finden. Somit stellt das Spritzgießen eines der häufigsten Produktionsverfahren dar. Durch die konturnahe Kühlung von Spritzgießwerkzeugen kann bis zu 30 % Zykluszeit eingespart werden. Häufig kommen derartige Werkzeuge nicht zum Einsatz, da die Herstellungskosten sehr hoch sind. Die Folge ist eine verringerte Wirtschaftlichkeit durch verlängerte Zykluszeit und Energiekosten. Außerdem steigt der CO2-Ausstoß pro Bauteil, da auch in unnötig langen Kühl- und Stillstandsphasen die Maschine sowie die Peripherie Energie benötigt.

Das Projekt verfolgt das Ziel der Reduzierung der Herstellungskosten additiv gefertigter Werkzeugelemente. Dieses Ziel soll durch eine Eliminierung des Postprocessing und Reduzierung des Bauvolumens in der additiven Fertigung herbeigeführt werden. Der Lösungsansatz ist die Fokussierung auf thermisch kritische Bereiche und lokale, konturnahe Kühlwasserführung durch den Einsatz additiv gefertigter Werkzeugelemente. Thermisch weniger kritische Bereiche werden mittels einfacher Bohrsysteme gekühlt und genauso wie die Kavität direkt spanend aus dem Halbzeug gefertigt. Die additiv hergestellten Teile werden in das konventionell gefertigte Element integriert. In der Montage der Einzelteile wird die prozessbedingte Rauheit des Bauteils akzeptiert, der entstandene und isolierende Luftspalt wird mit wärmeleitenden Mitteln überbrückt. Ein Vorteil dieses Ansatzes ist ein schneller und kostengünstiger Austausch des konturnahen Bereichs im irreparablen Fall des Verdreckens durch das Wasser.

Auf Basis einer erfolgreichen Abschlussarbeit an der FH Bielefeld, wird ein Konstruktionsentwurf simuliert und anhand eines Prototypen- Werkzeuges in der Praxis validiert sowie technisch-wirtschaftlich und ökologisch bewertet. Die zu erwartende Verringerung der Herstellungskosten ermöglicht es besonders KMU, vermehrt konturnahe Kühlungen einzusetzen.