Polymer Additive Tooling for Polyurethane Additive Herstellung von Formwerkzeugen für den Vakuumguss

 

Forschungszweck:

Mit der wettbewerbsbedingten Verkürzung der Produktlebenszyklen, der kundenseitig geforderten Ausweitung der Variantenvielfalt, sowie dem Kundenwunsch nach individualisierten Produkten, gewinnen Methoden zur schnellen Produktentstehung und zur losgrößenangepassten Fertigung zunehmend an Bedeutung. In diesem Zusammenhang entstand in der Vergangenheit um das Thema der additiven Fertigung ein regelrechter Hype.
Das Additive Tooling bietet dabei das Potential, die Lücke zwischen dem prototypischen Basiskonzept und großen Stückzahlen in der Serienproduktion unter Erfüllung wirtschaftlicher Aspekte zu schließen. Das RIM-Verfahren und der Vakuumguss eignen sich besonders zur agilen Bauteilfertigung mit additiv gefertigten Formwerkzeugen.

Ziele:

Aufbau eines Bauteilherstellprozesses für die individuelle Prototypen- und Kleinserienproduktion (Stückzahlen zwischen 25 und 200) mittels additiv gefertigter Vakuumgusswerkzeuge aus Kunststoff mit den angestrebten Zielgrößen:

• Kostenreduktion gegenüber Werkzeugform aus Aluminium
• Kostenvorteile gegenüber einer Werkzeugform aus Silikon
• Zeitreduktion in der Werkzeugentwicklung und Bauteilfertigung
• höhere Standzeiten gegenüber einer Silikonform

Vorgehensweise:

Im Rahmen des Kooperationsprojektes PATPUR werden Potenziale und Grenzen des Direct Polymer Additive Tooling (DPAT) hinsichtlich technologischer Aspekte analysiert und bewertet.
Für eine effiziente Umsetzung wird das Entwicklungsvorhaben in insgesamt fünf Arbeitspakete gegliedert. Im ersten Arbeitspaket wird zunächst eine umfangreiche Marktanalyse durchgeführt mit dem Ziel die Anforderungen an die hergestellten Bauteile sowie an die verwendeten Werkzeuge herzustellen. Anschließend wird ein Anforderungskatalog an die additiv gefertigten Werkzeuge hinsichtlich Form- und Maßhaltigkeit der fertigen Vakuumgussbauteile generiert. Im dritten Arbeitspaket wird anhand der zuvor ermittelten Spezifikationen ein Referenzwerkzeug entwickelt. Basierend auf Untersuchungen mit dem Referenzwerkzeug werden dann geeignete Prozessparameter erarbeitet. Darauf aufbauen wird ein Prozessleitfaden entwickelt, der der Erstellung des Produktes, der Validierung der Prozessgrenzen und der Erarbeitung des Optimierungsprotenzials dient. Parallel dazu wird im letzten Arbeitspaket die gesamte Prozesskette zur Fertigung der AM-Vakuumgussbauteile validiert mit dem Ziel der richtigen Werkzeugauswahl hinsichtlich Zeit und Kosten.

Projektansatz:

Das Projekt baut auf dem ZIM Forschungsprojekt AIM - Additive Injection Molds - auf. Hier können die Projektinhalte aus den Erfahrungen zum Additive Tooling in der Spritzgussanwendung analog gewonnen werden.
Es wird der technische Fertigungsprozess entwickelt und bis zur Anwendbarkeit optimiert. Innerhalb dieses Prozesses werden Randbedingungen festgelegt, um die Realisierbarkeit sicherzustellen. Dabei wird aufgezeigt, in welchen Bereichen sich die Prozesskette zu anderen Technologien abgrenzt, für welche Applikationen diese vorzuziehen ist, und wo weiterer Forschungsbedarf besteht.
Ziel ist die Erarbeitung eines anwenderfreundlichen Leitfadens für die Konstruktion von additiv gefertigten Formwerkzeugen für das Vakuumgießen. Dieser soll eine effiziente Werkzeugerstellung ermöglichen und bildet die Grundlage zu einer standardisierten Vorgehensweise. Des Weiteren kann der Entwicklungsprozess hinsichtlich Zeit, Kosten und (Prozess-)Qualität optimiert werden.