Standardisiertes HASCO Werkzeugsystem und innovative Fertigungsverfahren ermöglichen schnelle, kostengünstige Prototypenherstellung

Transkript

1 Produktion von Prototypen des HASCO CoolCross Drei Prototypen- Formeinsatz-Konzepte im Vergleich Standardisiertes HASCO Werkzeugsystem und innovative Fertigungsverfahren ermöglichen schnelle, kostengünstige Prototypenherstellung

2 2 Prototypenherstellung Die Idee Michael Lundbech, langjähriger HASCO-Kunde, von Lundbech A/S intelligent tooling aus Ringsted (Dänemark) hatte eine Idee. Mit dem Ziel eine homogenere Temperaturverteilung in Spritzgießwerkzeugen zu erreichen, Hot-Spots zu vermeiden, den Bauraum zu verringern und nicht zuletzt Kosten und Zeit einzusparen, dachte er über eine konstruktive Lösung nach, die es ermöglichen sollte, Temperierkanäle auf einer Ebene kreuzen zu lassen. Dieser Gedanke konnte gemeinsam mit dem Team von HASCO weiter entwickelt und umgesetzt werden. Das Clever Mold System A8500/... und das Kleinserienwerkzeug K3600/... von HASCO in Verbindung mit Wechsel- Formeinsätzen ermöglichen die Produktion von Prototypen des HASCO CoolCross Z99/... Im Vergleich drei Prototypen- Formeinsatz-Konzepte. Die Idee des HASCO CoolCross Z99/... wurde geboren. Das Ergebnis, ein kleines Kunststoff-Element, das an der Kreuzungsstelle in das Werkzeug eingebaut wird, bietet dem Anwender vollkommen neue Möglichkeiten der konstruktiven Temperiergestaltung im Spritzgießwerkzeug. Mit dem innovativen CoolCross Z99/ ist es heute möglich, ohne großen Fertigungsaufwand unabhängige Temperierkanäle flexibel und kostengünstig auf einer Ebene kreuzen zu lassen. Geringere Plattenstärken können realisiert und somit z. B. kürzere Düsen-, Führungs- und Befestigungselemente verbaut werden, wodurch eine Kostenreduktion erzielt wird. Darüber hinaus ermöglicht der HASCO CoolCross die Kombination von Querbohrungen und Steigbohrungen. Doch bevor das pfiffige kleine Element in Serie produziert und einem großen Kundenkreis angeboten werden sollte, wurden Prototypen hergestellt und getestet. HSC Bearbeitung Additive Fertigung der Stahleinsätze Fertige Rohteile im Pulverbett

3 3 Rapid Prototyping Aktuell haben sich heute 3-gängige Rapid Prototyping-Verfahren etabliert. Für spritzgegossene und somit realitätsnahe Prototypen und Kleinstserien wurde die 3D-Technik vor einigen Jahren auch für die Herstellung kompletter Spritzgießwerkzeuge vorgestellt. Zur Herstellung erster CoolCross-Prototypen kam eine Kombination aus dem HASCO Clever Mold System A8500/... und dem HASCO Kleinserienwerkzeug K3600/... in Verbindung mit unterschiedlich hergestellten Wechseleinsätzen zum Einsatz. Das HASCO Kleinserienwerkzeug K3600/... wurde für die kostengünstige Produktion praxisnaher Kleinserien entwickelt. Es handelt sich hier um ein speziell auf das HASCO Clever Mold System A8500/... abgestimmtes Wechsel-Werkzeug, welches effizientes und schnelles Werkzeugwechseln auf allen gängigen Spritzgießmaschinen zulässt. Das Clever Mold System in Verbindung mit dem Kleinserienwerkzeug K3600/ reduziert sowohl die Rüstzeiten als auch die Werkzeugkosten. Der Charme liegt in der Einfachheit des Konzeptes: Ein bewährtes Schnellwechselwerkzeug inklusive Kühlung, Führungen und allen Anschlüssen wird kombiniert mit einem vergleichsweise kleinen Formeinsatz, der in kurzer Zeit hergestellt werden kann. So halten sich Zeit- und Kostenaufwand für Änderungen oder Varianten in Grenzen. Großes mediales Interesses an bereits vorgestellten Lösungen zur additiven aber auch subtraktiven Herstellung solcher Formeinsätze gab den Anlass drei Verfahren zu untersuchen und gegenüber zu stellen. Nachbearbeitung der Rohlinge Endbearbeitete Kavität

4 4 Prototypenherstellung Stahl oder Kunststoff? Additiv oder subtraktiv? Wenn ein Funktionsmuster eines Spritzgießteils benötigt wird, stellen sich im Grunde zu Beginn einige einfache Fragen: Wie schnell wird der Prototyp benötigt, welches Budget steht zur Verfügung, wie viele Prototypen werden benötigt und welche Qualitätsansprüche werden an das Erstmuster gestellt? Mit den drei untersuchten Verfahren konnten auf einer 500 kn Spitzgießmaschine CoolCross-Prototypen aus PE gefertigt werden. Bezug nehmend auf die zuvor genannten Fragestellungen hat jede der drei Varianten systembedingte Vor- und Nachteile. Die Verfahren wurden zusammen mit dem Projektpartner canto Ing. GmbH aus Lüdenscheid realisiert. Das übliche Verfahren ist der klassisch spanend (subtraktiv) hergestellte Formeinsatz aus einem vergleichsweise preisgünstigen Stahl oder Aluminium. Im untersuchten Beispiel wurden die Elemente des Einsatzes in rund 40 Stunden aus im Hochgeschwindigkeits-Fräsverfahren (HSC) hergestellt. Da der Einsatz keine eigenen Kühlbohrungen aufweist, liegt die Zykluszeit bei etwa 69 Sekunden. So sind durchaus normale Serien-Produktionsmengen von bis zu Stück realisierbar. Die Qualität der gespritzten Teile ist als gut zu bewerten. Auf der Kostenseite sind für diese Ausführung ca ,00 zu veranschlagen. Die technisch anspruchsvollste Variante, die auch die qualitativ besten Funktionsmuster liefert, ist ein so genanntes additives Verfahren. Hier wurde mittels Laser mit der Anlage M3 linear der Concept Laser GmbH in einem Bett aus Pulvermetall schichtweise der Formeinsatz aufgebaut. Der eingesetzte Rohstoff ( Stahlpulver) ist vergleichsweise teuer. Die Erzeugung der Elemente der formgebenden Teile dauert mit rund 88 Stunden relativ lange. Das additive Lasersinter-Verfahren erlaubt es, entsprechende Kühlkanäle zu integrieren, so dass Zykluszeiten von rund 26 Sekunden möglich werden. Auch dieser Einsatz kann im Eignungsfall für eine Serienfertigung verwendet werden. Mit Herstellkosten von knapp 5.700,00 ist das Lasersinter-Verfahren damit die teuerste Variante. Am schnellsten geht es mit einem speziellen 3D-Druck-Verfahren für Kunststoff. Hier wurde VeroClear, ein so genanntes Photopolymer, in einem hochauflösenden Polygrafie Verfahren auf einer Stratasys-Anlage Objet Connex 500 erzeugt. Dies ist mit einem Tintenstrahldrucker vergleichbar, welcher in kleinen Tröpfchen schichtweise das Harz aufträgt. Unmittelbar nach dem Auftrag wird das Harz mittels UV-Licht ausgehärtet (vernetzt). Die Elemente des Formeinsatzes sind transparent, hochglänzend am ehesten mit PMMA vergleichbar und nahezu ohne Nacharbeit als Spritzgießkavitäten einsatzbereit. Da aber eine vermehrte Gratbildung durch Kantenverrundung zu erwarten war, wurden die Dichtbereiche der gedruckten Komponenten mechanisch nachgearbeitet. Im Polyjetverfahren 3D-gedruckte Kavitätenteile aus Digital ABS Abmustern des Kunststoffeinsatzes

5 5 Fazit Die Herstellung dauert im hier vorgestellten Beispiel nur rund 15 Stunden. Die Kosten schlagen mit 1.100,00 für einen kompletten Formeinsatz zu Buche. Allerdings sind mit einem Satz auch nur etwa Schuss möglich, dabei ist die Qualität der Funktionsmuster nur mittelmäßig, kann aber durch diverse Nacharbeit verbessert werden. Die Zykluszeit ist mit 600 Sekunden die längste im Vergleich. Kühlkanäle sind zwar verfahrensbedingt möglich, bringen aber aufgrund der thermischen Leitfähigkeit des Kunststoffes keine signifikanten Vorteile. Das HASCO Clever Mold System A8500/... in Verbindung mit dem HASCO Kleinserienwerkzeug K3600/... reduziert sowohl die Rüstzeiten, als auch die Werkzeugkosten. Für die Produktion von Prototypen des HASCO CoolCross Z99/... wurden Formeinsätze in drei verschiedenen Verfahren hergestellt und verglichen. Eine gefräste Variante ohne Kühlkanäle ist preiswert und erlaubt die Fertigung von Prototypen in mittleren Zykluszeiten und bei Bedarf höheren Stückzahlen. Im Lasersinter-Verfahren können durch Kühlkanäle kurze Zykluszeiten realisiert werden. Der Formeinsatz ist vergleichsweise teuer, die Herstellung dauert entsprechend lange, dafür bietet der Einsatz die Möglichkeit später in einem Serienwerkzeug verbaut zu werden. Der 3D-Druck von Acrylharz geht schnell, ist vergleichsweise kostengünstig, benötigt aber lange Zykluszeiten für wenige herstellbare Prototypen. Gemäß dem HASCO Motto Ermöglichen mit System wurde für diese Applikation erneut gezeigt, dass neueste Technologien in Verbindung mit HASCO Normalien Technologiesprünge für die Anwender ermöglichen. Alle 3 Verfahren haben ihre Vor- und Nachteile, die im jeweiligen Anwendungsfall, individuell bewertet werden und entsprechend zum Einsatz kommen sollten. HASCO Clever Mold System A8500/... HASCO Kleinserienwerkzeug K3600/... mit A8500/...

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8 Projektpartner HASCO Hasenclever GmbH + Co KG STRATASYS canto Ing. GmbH Plasticguss GmbH Rapid Technologies seit by HASCO Hasenclever GmbH + Co KG Postfach 1720, D Lüdenscheid T , F info@hasco.com, Technische Änderungen vorbehalten. Bitte überprüfen Sie stets sämtliche Angaben anhand unserer veröffentlichten Produktinformationen im Internet.