3D-Druck Chancen für die Spritzgussindustrie

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1 3D-Druck Chancen für die Spritzgussindustrie MEDTECH-Anwendungen und Potenziale Das Freiamt - eine innovative Wirtschaftsregion 1

2 3D-Druck: Was bisher geschah Vom Rapid Prototyping zu additiver Fertigung: Rapid Prototyping Additive Fertigung heute Selective Laser Melting (Metall) Fused Deposition Modelling (Kunststoff) Stereolithographie (Kunststoff) Selective Laser Sintern (Kunststoff) Das Freiamt - eine innovative Wirtschaftsregion 2

3 3D-Druck: Warum ist das Interesse derart stark? Einige Vorteile, die für sich sprechen: Serien mit überschaubaren Stückzahlen lassen sich heute mittels 3D-Druck bereits schneller und kostengünstiger Herstellen als mit herkömmlichen Fertigungstechnologien Das Verfahren bietet grosse, geometrische Designfreiheit und hat das Potential zur Eliminierung von Fügestellen und arbeitsintensive Montagearbeit Produktion auf Bedarf und umweltschonende Supply Chain Lösungen entstehen Das Freiamt - eine innovative Wirtschaftsregion 3

4 3D-Druck: Hype oder industrielle Revolution? Stand der Technik für Kunststoffe: immer mehr kostengünstige Drucker finden den Weg zum Endkonsumenten abseits medialer Aufmerksamkeit wurden industrielle Fertigungsanlagen entwickelt heute werden grosse Funktionsmuster im Massstab 1:1 bereits hergestellt das Verfahren ist besonders für Prototypen und Kleinserien geeignet Das Freiamt - eine innovative Wirtschaftsregion 4

5 Spritzgiessen Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus thermoplastischen Kunststoffen: hohe Werkzeugkosten verunmöglichen eine ökonomische Fertigung von Kleinserien die Entformbarkeit aus dem Werkzeug setzt Grenzen der Bauteilkomplexität 3D-Druck bietet diese Industrie das grösste Potential im Bereich vom Formenbau Das Freiamt - eine innovative Wirtschaftsregion 5

6 Beispiel einer Kunststoff-Spritzgussform Merkmale: Spritzgussformwerkstoff Digital ABS (Schichtdicke 16 Mikron) Einspritzwerkstoff PP (220 C, Druck 600 bar bzw. 200 bar Haltedruck) dünnwandige Konstruktion vom Spritzgussteil mit Filmscharnier und Schnappverschluss Standzeit ca. 80 Spritzvorgänge Quelle: alphacam Das Freiamt - eine innovative Wirtschaftsregion 6

7 Stratasys Multi-Material Polyjet Technologie Ein Multi-Material Verfahren, das analog Tintenstrahldrucker funktioniert: flüssige Polymere werden schichtweise aufgetragen und mit UV-Licht gehärtet Schichtstärke 16 Mikrometer und geometrische Genauigkeit bis zu 0.1 mm glatte Oberflächen und komplexe Details sind realisierbar starre und gummiartige Materialkombinationen sind realisierbar Eigenschaften lassen sich beliebig einstellen (Hitzebeständigkeit, Shore-A-Härtegrad, Farben, etc.) Quelle: Stratasys Das Freiamt - eine innovative Wirtschaftsregion 7

8 3D-gedruckten Prototypenformen aus Kunststoff Vorteile im Überblick: es lassen sich Prototypenbauteile aus dem Zielwerkstoff herstellen Homogenität und Materialeigenschaften sind sehr nah an die von Serienteilen frühestmögliche Verifikation von Design, Funktion und Materialeigenschaften mehrere Produktiterationen führen zu besseren Endprodukten Erzielung von Einwicklungszeit- und Kosteneinsparungen Quelle: Stratasys Das Freiamt - eine innovative Wirtschaftsregion 8

9 Produktbeispiel Infusion- und Blutsammelsystem: Spritzgussformwerkstoff Digital ABS Einspritzwerkstoff PC (mit 210 C, 300 bar/100 bar) transparentes Spritzgussteil, das eine hohe Qualität der Formoberflächen voraussetzt Standzeit ca. 20 Spritzvorgänge Quelle: Worrell Das Freiamt - eine innovative Wirtschaftsregion 9

10 Produktbeispiel Stecker-Gehäuse mit folgenden Merkmalen: komplexe Geometrie mit vielen dünnwandigen, vertikalen Rippen 3D-Druck und Installation der Form innerhalb von nur 2 Tagen Formmaterial aus Digital ABS Spritzgussteil aus HDPE (185 C, 600/300 bar) Quelle: Stratasys & Robert Seuffer GmbH & Co. KG Das Freiamt - eine innovative Wirtschaftsregion 10

11 Produktbeispiel Ummantelte Stecker: metallische Inserts werden beim Spritzvorgang in POM (195 C, 200 bar) eingebettet Formwerkstoff auf Acrylat-Basis Quelle: alphacam Das Freiamt - eine innovative Wirtschaftsregion 11

12 Geeignete Spritzguss-Polymere Maximale Anzahl Spritzvorgänge in Abhängigkeit vom Formwerkstoff: Werkzeuglebensdauer PE, PP, PS, ABS, TPE PA, POM Spritzguss-Polymer PC PPO, PPS Quelle: Stratasys Das Freiamt - eine innovative Wirtschaftsregion 12

13 3D-Druck von metallischen Werkstoffen Herstellung von Spritzguss-Serienwerkzeugen mittels Selective Laser Melting: Ausgangsmaterial ist Metallpulver (z.b. Stahl, AL, Ti) einzelne Partikel werden vollständig aufgeschmolzen Objekte werden nahezu frei von Lufteinschlüssen gebildet Massabweichungen durch Schrumpfung sind zu verhindern je nach Geometrie sind Stützstrukturen notwendig Quelle: Ecoparts AG, NanoSteel Das Freiamt - eine innovative Wirtschaftsregion 13

14 3D-Druck von metallischen Spritzgusswerkzeugen Gestaltung von Temperier-Kanälen: Standardlösung ist ein Kanalverlauf bestehend aus gradlinigen Bohrungen mittels additive Fertigung können komplexe Kanäle integral hergestellt werden alternativ werden traditionell bearbeitete Werkzeuge mehrschichtig aufgebaut Quelle: Laser Zentrum Nord Das Freiamt - eine innovative Wirtschaftsregion 14

15 3D-Druck von metallischen Spritzgusswerkzeugen Speziell bei Patritzen bieten sich interessante Möglichkeiten: Quelle: HRSflow Das Freiamt - eine innovative Wirtschaftsregion 15

16 3D-Druck von metallischen Spritzgusswerkzeugen Optimale Gestaltung von Temperier-Kanälen: Effizienzvergleich lineare Standardlösung/Lösung mit optimierter Kühlkanalgeometrie Beispiel-Bauteilabmessungen 162x115x45 mm, Wandstärke 3 mm Kühlzeit wurde um 10 Sekunden (33%) gesenkt (Gesamtzykluszeit um 20%) Quelle: Moldex3D Das Freiamt - eine innovative Wirtschaftsregion 16

17 3D-Druck von metallischen Spritzgusswerkzeugen Software-unterstütze Gestaltung von Temperier-Kanälen: Quelle: Moldex3D Das Freiamt - eine innovative Wirtschaftsregion 17

18 3D-Druck von metallischen Spritzgusswerkzeugen Ersatz von mechanischen Auswerfern durch ein Druckluftsystem: Druckluft wird durch kleine Kanäle an die Oberfläche geleitet Luft strömt aus durch feine Poren, in denen der Kunststoff nicht eindringen kann die leicht strukturierte Oberfläche kann optisch im Design integriert werden wartungsfreies System ohne mechanische Komponenten geringerer Bauraum und flexibel platzierbar Quelle: Laser Zentrum Nord Das Freiamt - eine innovative Wirtschaftsregion 18

19 Weitere Formenbau-Möglichkeiten Verfahren, wofür 3D-gedruckten Werkzeuge ebenfalls in Frage kommen sind z.b.: Harzgiessen (z.b. 2K-Urethan) Vakuum-Tiefziehen (bis zu 3000 Zyklen) Blasformen (z.b. HDPE-Flasche/PC-Form) Mess- und Montagevorrichtungen Quelle: Javelin Technologies, Stratasys Das Freiamt - eine innovative Wirtschaftsregion 19

20 Wir sind für Sie da! Hightech Zentrum Aargau AG Badenerstrasse 13 CH Brugg Tel Web Das Freiamt - eine innovative Wirtschaftsregion 20

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