WELCOME TO THE HOME OF 3D PRINTING. Spritzgießen mit gedruckten Formen. Schorndorf, / 43 ALPHACAM.DE UNTERNEHMENSPRÄSENTATION

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1 WELCOME TO THE HOME OF 3D PRINTING Spritzgießen mit gedruckten Formen Schorndorf, / 43 ALPHACAM.DE

2 SPRITZGIEßEN MIT GEDRUCKTEN FORMEN 2 / 43 ALPHACAM.DE

3 GEDRUCKTE FORMEN ALS WERKZEUG FÜR DIE FERTIGUNG Blasformen Spritzguss Vakuumguss Verpackung für CNC-Fräser Steckergehäuse aus PVC Lautsprechergehäuse 3 / 43 ALPHACAM.DE

4 3D-DRUCK IN DER FORMGEBUNG FDM PolyJet - Spritzguss möglich (Oberflächenfinish erforderlich) Silikon Guss - Vakuumguss Vakuum Tiefziehen (Thermoforming) Sandguss Sheet Metal Forming (Hydroforming, Umformen) Paper-Pulp Papierzellstoff-Formen (Eierschachteln) Laminier-Formen (GFK, Carbon..) Soluble Core Molding (wasserlösliche Kerne Carbon Composit Formen) Feinguss Vakuum Tiefziehen (Thermoforming) Sandguss - - Laminier-Formen - Feinguss 4 / 43 ALPHACAM.DE

5 THERMOFORMING (VAKUUM-TIEFZIEHEN) Hauptsächlich für Verpackungen sowohl mit FDM als auch mit PolyJet möglich; mit FDM Nutzen der Sparse -Funktion PolyJet wenn glatte Oberflächen erforderlich sind für kleine als auch große Stückzahlen in Abhängigkeit der Folien (Bsp. Zeckenzange > 3000 Teile gezogen) 5 / 43 ALPHACAM.DE

6 KUNSTSTOFFSPRITZGUSS MIT POLYJET-FORMEN Drucken von Kunststoff-Spritzgussformen im 3D-Drucker mit dem PolyJet-Verfahren schnelles und kostengünstiges Herstellen von Prototypen im Serienmaterial kleine Stückzahlen (5-50 Bauteile) im Bereich Prototypenbau oder Kleinserie keine Massenfertigung 6 / 43 ALPHACAM.DE

7 WER MACHT ES BEREITS? Berker, Adidas, Element 22, Braun & Henkel, BMW, Canto, Wieland Werke, (Deutschland) Solver (Russland) Nokia (Finnland) Análisis y Simulación S.L (Spanien) Superfos (Dänemark) 7 / 43 ALPHACAM.DE

8 MÖGLICHE ANWENDER Ideale Voraussetzungen: Werkzeugkonstruktion Werkzeugbau im Haus PolyJet-System Spritzgussmaschine im Haus (50-80 t) Konstruktion Werkzeugbau Spritzguss 8 / 43 ALPHACAM.DE

9 WARUM MACHEN FORMEN AUS DEM 3D-DRUCKER SINN? Vorteile Prototyp aus Zielwerkstoff homogenes Bauteil (Festigkeit) Kostenreduktion Durchlaufzeit-Verkürzung frühe Überprüfung von Design Material Funktion 9 / 43 ALPHACAM.DE

10 KUNSTSTOFFSPRITZGUSS Anwendung für thermoplastische Teile dünnwandige, komplexe Teile große Stückzahlen Warum Formen aus dem PolyJet-Drucker? kleine Stückzahlen in kurzer Zeit funktionale Tests Kleinserien Prototypen aus echtem Zielwerkstoff 10 / 43 ALPHACAM.DE

11 PROPELLER-VIDEO Beispiel Kunststoffspritzguss 11 / 43 ALPHACAM.DE

12 FORMEN AUS DEM 3D-DRUCKER Kurzübersicht Die Prozesskette Konstruktionsempfehlungen Anguss Entformung Kühlung und Auswerfer Montage und Finishing PolyJet-Materialien und -Systeme Druckempfehlungen Zusammenbau und Finish der Form Spritzprozess Parameter wie Druck, Temperatur, Haltezeit usw. Fazit Beispiele 12 / 43 ALPHACAM.DE

13 KURZÜBERSICHT: WAS IST MACHBAR? Zielwerkstoffe Thermoplaste wie (A) PE, PP, PS, ABS, TPE (B) PA, POM, PC-ABS Kunststoffe mit gut fließenden Eigenschaften (geringe Viskosität) Schmelztemperaturen < 300 C keine gefüllten Materialien keine transparenten (klaren) Materialien je höher Verarbeitungstemperatur, desto kürzer Standzeit der Form Formmerkmale komplexe Formen möglich u.a. Biegescharniere, Bohrungen, dicke und dünne Wänden, Winkelstücke, Rippen, Presspassungen, Schnapphaken und Schriftzüge 13 / 43 ALPHACAM.DE

14 KURZÜBERSICHT: WAS IST MACHBAR? Bauteilgröße besonders für kleine Bauteile geeignet < 165 cm 3 maximale Formgröße durch Bauraumgröße des jeweiligen PolyJet-Systems begrenzt Werkzeug-Genauigkeit 0,02-0,085 mm für Bauteilelemente unter 50 mm 0,1-0,2 mm für das gesamte Bauteil abhängig von Geometrie, Bauparametern und Bauteilausrichtung Werkzeug-Standzeit bis zu 100 Schuss abhängig von Komplexität der Form, Zielwerkstoff, verwendetem PolyJet-Material Mehrfachkavitäten-Werkzeuge erhöhen Stückzahl je Schuss 14 / 43 ALPHACAM.DE

15 DER PROZESS - VON DER KONSTRUKTION ZUM SPRITZTEIL STANDARD STAHL- ODER ALU-FORM Bauteil- Überprüfung Projekt- Initialisierung Projekt Vorlagen Form CSYS Bauteil + Layout Bereichs- Definition Trennung + Tuschierfl. Kern/Kavität/ Bereichstrennung Projektinitialisierung / Management Kern + Kavitätskonstruktion Entwurfserstellung (optionaler Ablauf) Formplatten + Komponenten Auskoffern Kollisionsprüfung Zeichnungen + Stücklisten Tools für Änderungen Formaufbau Überprüfung Dokumentation Änderung Elektrodendefinition Fertigung Bohrungen 15 / 43 ALPHACAM.DE

16 DER PROZESS - VON DER KONSTRUKTION ZUM SPRITZTEIL Part Design Reverse Engineering Data Import Data Healing Teile Konstruktion DFM Validation Preliminary Design Design Change $ Cost Estimation Tool Design Drucker kann für andere Aufgaben genutzt werden: - Vorrichtungen und Lehren RFQ - Produktionshilfen Quoting - Teile fürs Marketing - Pass, Form- und Funktionstests Werkzeug - Konstruktion 3D-Druck Core / Cavity Electrode Design Konstruktionsbewertung und -überprüfung - Festlegen des Spritzform-Aufbaus Form Finish Mold Base & Systems Tool Validation Drawings Montage PMI Machining Machine Simulation Shop Docs Spritzen von echten Thermoplastik-Teilen - ohne Erodieren - reduzierte CNC Arbeit Plant - reduziert mechanische Arbeit (Werkbank) Spritzen Human Prototype / 1 st Production Run 16 / 43 ALPHACAM.DE

17 DER PROZESS - VON DER KONSTRUKTION ZUM SPRITZTEIL 1. CAD-Modell des Bauteils 2. CAD-Modell der Form 3. gedruckte PolyJet-Form 4. Spritzteil 17 / 43 ALPHACAM.DE

18 WIESO FUNKTIONIERT ES? 18 / 43 ALPHACAM.DE

19 GEEIGNETE POLYJET-MATERIALIEN/ -SYSTEME RGD720 verfügbar auf Objet30 Prime, Eden-, Connex- und Connex3-Systemen 0,016 mm Schichtstärke Digital ABS nur auf Connex- und Connex3-Systemen verfügbar temperaturbeständiger, härter und robuster als RGD720 höhere Standzeit der Form bei komplexen Geometrien 0,030 mm Schichtstärke Vero Clear/ Vero-Familie verfügbar auf allen Systemen keine Verwendung von High Temperatur RGD525 -Material 19 / 43 ALPHACAM.DE

20 FORMENKONSTRUKTION DER ANGUSS bevorzugte Angusstypen Stangenanguss Eckenanguss Filmanguss möglichst großen Querschnitt wählen Schmelzstrahl sollte nicht direkt auf empfindliche Stellen der Form treffen (dünne Wände, Rippen) zu vermeidende Angusstypen Tunnelanguss Cashew-Anguss Banana-Anguss Punktanguss 20 / 43 ALPHACAM.DE

21 FORMENKONSTRUKTION ENTFORMUNGSSCHRÄGE UND DICHTFLÄCHEN möglichst große Entformungsschräge wählen > 1.5 für eine gute Entformung um die Belastung auf die Form beim Entformen zu reduzieren für eine höhere Standzeit der Form Dichtflächen PolyJet-Toleranzen beachten 0,05 bis 0,1 mm nur für Flächen > 6 mm parallel zur Auszugsrichtung 21 / 43 ALPHACAM.DE

22 FORMENKONSTRUKTION ENTFORMUNGSSCHRÄGE UND DICHTFLÄCHEN 22 / 43 ALPHACAM.DE

23 FORMENKONSTRUKTION Scharfe Kanten/Radien sehr feine Features und kleine Radien darstellbar kleine und dünnwandige oder zu große Features können Standzeit der Form verkürzen zu kleine Radien wirken wie Einkerbungen; können Ausgangspunkt für Risse sein, was Standzeit der Form verkürzt falls möglich größere Radien, um scharfe Kanten zu vermeiden 23 / 43 ALPHACAM.DE

24 FORMENKONSTRUKTION Kühlung + Auswerfer Kühlung eigentlich nutzlos, da Wärmeleitfähigkeit von Kunststoff gegen 0 strebt theoretisch machbar, da Teile druck- und wasserdicht (konventionelle Kühlung) mind mm unter der Formoberfläche Auswerfer runde Metallauswerfer verwenden Auswerfer-Öffnungen mit Untermaß 0,2-0,3 mm konstruieren und aufreiben Auswerfer sollen saugend aber leicht laufen 24 / 43 ALPHACAM.DE

25 MONTAGE UND FINISHING Aufbohren der Auswerferöffnungen Anpassen Einsätze, Schieber etc. Überfräsen der Flächen wenn erforderlich Einsätze und Schieber in Taschen Taschen für Einsätze sollten max. 0,2 mm überstehen (Taschentiefe -0,2 mm) Klemmstücke und Schieber anpassen 25 / 43 ALPHACAM.DE

26 MONTAGE UND FINISHING Glatte Oberflächen für besseres Entformen (optional) Oberflächen, die sich in der Auszugsrichtung erheben Leichtes Schleifen mit Sandpapier Körnung 180/220 für bessere Optik (optional) alle Oberflächen Körnung 180/220 anschließend 320/ / 43 ALPHACAM.DE

27 THERMISCHE NACHBEHANDLUNG VON DIGITAL ABS FORMEN Tempering mit programmierbarem Ofen Temperaturbeständigkeit kann von 65 C auf 95 C erhöht werden erhöht Standzeit der Form 27 / 43 ALPHACAM.DE

28 MÖGLICHE FORMAUFBAUTEN Als Formplatten zwischen Aufspannplatte und Auswerfer-Paket Als Einsatz in Stammform Vorteil schneller Formwechsel keine Auswerfer erforderlich Vorteil höhere Stabilität höhere Standzeit der Form Schieber und Auswerfer möglich 28 / 43 ALPHACAM.DE

29 MÖGLICHE FORMAUFBAUTEN 1. Formaufbau traditionell (empfohlen) höchste Kosten erhöhte Bauteilkomplexität verbesserte Bauteilqualität 2.Stahlplatten mit Auswerfer-Paket mittlere Kosten erhöhte Bauteilkomplexität 3. Stahlplatten ohne Auswerfer geringste Kosten schneller Werkzeugwechsel einfache Handhabung Angussbuchse aus Metall (empfohlen) 29 / 43 ALPHACAM.DE

30 DRUCKEMPFEHLUNGEN Orientierung der Form im Bauraum Drucklinien der einzelnen Düsen können den Schmelzfluss beeinflussen Form so im Bauraum des PolyJet-Systems platzieren, dass die Hauptströmungsrichtung der Form mit der X-Achse verläuft Oberflächen Finish Y Z X PolyJet-Formen sollten (falls möglich) immer im Glossy Modus (Glanzmodus) gedruckt werden bis zu 30 % höhere Stabilität bessere Oberflächenqualität 30 / 43 ALPHACAM.DE

31 SPRITZPROZESS Grundregel: mit niedrigem Spritzdruck und niedriger Spritztemperatur beginnen nach und nach Werte anpassen konservative Einstellungen führen zu erhöhter Werkzeug Standzeit 31 / 43 ALPHACAM.DE

32 SPRITZPROZESS ANFAHREN MIT Einspritzzeit: 20 Sekunden Nachdruck und Haltephase: 0 kpa (0 psi) und 0 Sekunden Einspritzvolumen: % vom Bauteil-Volumen Zylinder Temperatur: untere Temperatur laut Herstellerangaben 32 / 43 ALPHACAM.DE

33 SPRITZPROZESS ANFAHREN MIT Spannkraft 10 kn Spritzgeschwindigkeit kleinster Wert laut Material-Empfehlung 10% bis 20% vom Maximum der Schneckengeschwindigkeit Nachkühlungsphase kleine dünnwandige Teile: 40 Sekunden größere und dickwandige Teile: 90 Sekunden 33 / 43 ALPHACAM.DE

34 BEISPIEL-WERTE Bild Nr. Material Spritztemperatur Druck (bar) Haltedruck (bar) 1 POM 195 C ABS 210 C PP 220 C HPDE 185 C / 43 ALPHACAM.DE

35 SPRITZPROZESS - OPTIMIEREN Spritzvolumen erhöhen 90 % vom Zielvolumen Anpassen des Nachdrucks % vom Spritzdruck Erhöhung der Haltezeit wenn sich Einfallstellen bilden Anpassen der Zylindertemperatur Anpassen der Spritzgeschwindigkeit Aufpassen, dass Teil nicht zu kalt wird; Teil sollte nicht auf Form schrumpfen, kann sonst Form beim Entformen beschädigen 35 / 43 ALPHACAM.DE

36 SPRITZPROZESS - FORMTEMPERATUR Temperatur der Form wird ansteigen Wichtig: Form sollte nach jedem Schuss auf C heruntergekühlt werden sonst verkürzte Standzeit der Form = weniger Teile Kühlmedium Pressluft Kühlung mit Pressluft 36 / 43 ALPHACAM.DE

37 FAZIT geringe Bauzeit der Form von der Idee zum Spritzteil über Nacht einfacher Formaufbau möglich geringe Kapazitätenbindung schneller Formwechsel einfaches und schnelles Abändern der Form schneller in der Serienform kleine Stückzahlen realisierbar Zielwerkstoff mit homogenen Eigenschaften des Endprodukts Auswerfer Seite Düsenseite Anguss/Düse Auswerfer (optional) hier kommen die Formplatten (gedruckte Form) dazwischen 37 / 43 ALPHACAM.DE

38 BEISPIELE 38 / 43 ALPHACAM.DE

39 BEISPIELE 39 / 43 ALPHACAM.DE

40 BEISPIELE 40 / 43 ALPHACAM.DE

41 BEISPIELE 41 / 43 ALPHACAM.DE

42 SPRITZGIESSEN MIT GEDRUCKTEN FORMEN Fragen und Möglichkeiten? 42 / 43 ALPHACAM.DE

43 VIELEN DANK FÜR IHRE AUFMERKSAMKEIT! 43 / 43 ALPHACAM.DE