Prozess- und Funktionsintegration beim Spritzgiessen

Transkript

1 Prozess- und Funktionsintegration beim Spritzgiessen Moderne Produktionstechnik, HSR Rapperswil, 2. April 2014 Prof. Dr.-Ing. Frank Ehrig Institutsleiter IWK, Fachbereichsleiter Spritzgiessen/PUR

2 Hype: Entwicklung grossserientauglichen Leichtbau Entwicklung von Produktionstechnologien für faserverstärkte Kunststoffe mit gerichteten Lang- oder Endlosfasern für die Grossserie 2

3 Hype: Kunststoffbasierter Leichtbau Metallersatz Luftleitblech für Strahlturbine Zielsetzung Strukturoptimierung mit numerischen und experimentellen Methoden Entwicklung der Fertigungstechnik inkl. Werkzeugauslegung Fertigung von Prototypenbauteilen Mechanische Prüfung (Spinning Test) Partner Rolls-Royce plc., Derby (UK) FACC, Österreich Finanzierung EU FP7 JEC-Award 2014 Kat: Aeronautics 3

4 Gliederung des Vortrags Integration von Endlosfasern zur Steigerung der mechanischen Eigenschaften bei Spritzgiessbauteilen Polyform 3D - Hochwertige Tastaturoberflächen durch Polyurethanüberflutung Neue Bauteileigenschaften durch Modifizierung der Werkstoffeigenschaften am Beispiel kunststoffgebundener Magnete Fazit und Ausblick 4

5 Hochfeste Bauteile durch gezielte Endlosfaserverstärkung Gewichtseinsparung ist auch bei Spritzgiessbauteilen ein bedeutendes Thema. Dabei ist die EMS-GRIVORY mit ihren Hochleistungspolymiden führend im Metallersatz. Übersicht über die Eigenschaften typischer Polyamidmaterialien: Material Zugmodul E 1 [MPa] Zugfestigkeit σ M [MPa] Bruchdehnung ε B [%] Grivory GV-5H Grivory GVX- 65H Grivory GCL-3H Grivory HTV- 5H

6 Gliederung des Vortrags Integration von Endlosfasern zur Steigerung der mechanischen Eigenschaften Polyform 3D - Hochwertige Tastaturoberflächen durch Polyurethanüberflutung Neue Bauteileigenschaften durch Modifizierung der Werkstoffeigenschaften am Beispiel kunststoffgebundener Magnete Fazit und Ausblick 6

7 Innovationsgehalt und Zielsetzung von Polyform 3D Ausgangssituation Oberflächendesign spielt für die Vermarktung vieler Produkte die entscheidende Rolle Bedien- und Anzeigegeräte werden in Aussparungen Automobil einer großen Blende integriert Es entstehen Materialübergänge und Spalte Consumer Oberflächen wirken schmutzig und können nur aufwendig gereinigt werden Hoher Entwicklungs- und Abstimmungsaufwand der Elektro einzelnen Komponenten Medizin 7

8 Innovationsgehalt und Zielsetzung von Polyform 3D Eigenschaften von Polyform 3D Oberflächengestaltung kann eine Kombination sein aus: Matt Glänzend Tiefeneffekt 3D erhabene Tasten, Logos, etc. Flache Tasten Backlighting: LEDs Tag-Nacht-Design /Beleuchtung Display kann strukturiert sein zur Vermeidung von: Reflexionen Regenbogenfarben Eingabeoberfläche zudem ist: Wasserdicht Einfach zu reinigen, chemikalienbeständig Bakterienfrei Kratzbeständig 8

9 Umsetzung des Demonstratorbauteils Prozessschritte: A) Bedruckung der Folie B) Hinterspritzen der Folie, Freistellung der Tasten C) Überflutung mit PUR 9

10 Potenzial für Kommerzialisierung Umsetzung der Technologie in Industrieprojekten Mögliche Anwendungen: Medizintechnik Automobil Instrumentaltafeln Weisse Ware Telekommunikation 10

11 Gliederung des Vortrags Integration von Endlosfasern zur Steigerung der mechanischen Eigenschaften Polyform 3D - Hochwertige Tastaturoberflächen durch Polyurethanüberflutung Neue Bauteileigenschaften durch Modifizierung der Werkstoffeigenschaften am Beispiel kunststoffgebundener Magnete Fazit und Ausblick 11

12 Modifizierung der Werkstoffeigenschaften Gesamte Wertschöpfungskette am IWK Nutzung der Funktionsintegration und Designfreiheit des Spritzgiessprozesses Naturfaserverstärkte Polymere Erhöhung der elektrischen und thermischen Leitfähigkeit Mit Eisen hochgefüllte Werkstoffe für die Erzielung spezieller magnetischer Eigenschaften 12

13 Spritzgiessen kunststoffgebundener Magnete Materialauswahl Analyse von drei kommerziellen Compounds auf Basis PA12, PA6 und PPS (Füllstoffgehalt, Füllstoffstruktur) Umgesetztes Demobauteil: Compoundierung eigener Mischungen auf Basis PP und TPE Werkzeugtechnische Aspekte Einfluss des Richtmagnetes Film- und Tunnelanguss Verarbeitung mit Heisskanal 8-polig 20-polig Prozesstechnische Aspekte Variation der Bauteilwanddicke Variation der Prozessparameter (T M ; T W ; v E ) Bauteilprüfung Entwicklung und Konstruktion eines Versuchswerkzeuges und einer Prüfvorrichtung Füllsimulation Freistrahlbildung 13

14 Spritzgiessen kunststoffgebundener Magnete Richtmagneten beeinflusst die Haftkraft im Bereich 10-20% Prüfvorrichtung zur Bestimmung der Haftkraft 14

15 Spritzgiessen kunststoffgebundener Magnete Analyse des Einflusses von Material, Bauteilgeometrie und Herstellungsprozess auf die Bauteileigenschaften PA6 + NdFeB; Parameterstudie; Dicke: 3 mm, Filmanguss PA6 + NdFeB; Dickenvariation; Film- bzw. Tunnelanguss 15

16 Spritzgiessen kunststoffgebundener Magnete Verarbeitung hochgefüllter Werkstoffe im Heisskanal Recycling der ursprünglichen Angussrübe nicht möglich, da magnetische Wirkung stark reduziert wird. Einbau einer Heisskanaldüse mit Nadelverschluss (Günther Heisskanaltechnik) Tendenziell sollte eher mit leicht niedrigeren Schmelzetemperaturen gefahren werden (Bruchreduzierung). Ähnliche Haltekräfte wie ohne Heisskanal 16

17 Gliederung des Vortrags Integration von Endlosfasern zur Steigerung der mechanischen Eigenschaften Polyform 3D - Hochwertige Tastaturoberflächen durch Polyurethanüberflutung Neue Bauteileigenschaften durch Modifizierung der Werkstoffeigenschaften am Beispiel kunststoffgebundener Magnete Fazit und Ausblick 17

18 Fazit und Ausblick Kunststoffe prägen unser Leben wie kein zweiter Werkstoff Aufgrund ihrer geringen Dichte eignen sie sich hervorragend als Leichtbauwerkstoff Mit modernen Produktionstechnologien lassen Kunststoffe massentauglich in nahezu beliebige Form bringen Die Kombination von Fertigungstechnologien erweitert das Eigenschaftsspektrum Die Eigenschaften lassen sich exakt auf die Anwendung abstimmen Ein attraktives Design und die Integration von Elektronik, Sensorik und Aktorik erfordert die fachübergreifende Zusammenarbeit 18

19 Werkzeugtemperierung von Spritzgiesswerkzeugen Praxisnaher Workshop mit HB Therm, 7. Mai

20 Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit 20