Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPTForschungsprojekt »InnoTool«
Kunststoffprodukte spielen im Alltag eine wichtige Rolle – ein Leben ohne Zahnbürste oder Fernbedienung ist heute undenkbar. Solche Kunststoffprodukte werden im Spritzgießverfahren in großen Stückzahlen kostengünstig hergestellt. Dazu dienen Spritzgießformen, die in der Regel aus hochfestem und verschleißbeständigem Stahl bestehen. Mit diesen Stahlformen lassen sich mehrere hunderttausend Kunststoffteile herstellen, ohne dass die Form verschleißt. Jedoch ist ihre Herstellung aus Stahl aufwändig, material- und kostenintensiv. Den Werkzeugstahl durch Aluminium zu ersetzen war bisher kaum praktikabel. Zwar lässt sich Aluminium unter geringerem Energieeinsatz bearbeiten, ist aber dafür aufgrund der geringeren Härte aber auch weniger beständig gegenüber Verschleiß.
Das Fraunhofer IPT startete 2012 gemeinsam mit der ModellTechnik Rapid Prototyping GmbH das KMU-innovativ-Projekt »InnoTool« (Förderkennzeichen 02PK2246), das im Rahmenkonzept »Forschung für die Produktion von morgen« durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert wird.
Ziel des Projekts ist es, den Werkstoff Stahl zum Aufbau von Kunststoffspritzgießwerkzeugen und -formen für die Kleinserienfertigung hochwertiger Kunststoffbauteile durch Aluminium zu ersetzen. Die Projektpartner entwickeln dazu eine Prozesskette, mit der die Aluminiumwerkzeuge und -formeinsätze durch eine kombinierte Laseroberflächenbearbeitung so modifiziert werden, dass sich ihr Standzeitverhalten verbessert.
Der größte Nachteil von Aluminiumlegierungen im Vergleich zu Stahlwerkstoffen ist die geringere Verschleißbeständigkeit. Daher sollen in diesem Projekt die Bereiche der Aluminiumwerkzeuge und -formen, die extremen Verschleiß unterliegen, technologisch so ausgelegt werden, dass sie nicht nur für die Prototypenfertigung sondern auch in der Kleinserie eingesetzt werden können.
Die Partner im Projekt erarbeiten dafür eine Prozesskette mit kombinierter Laseroberflächenbearbeitung: Durch Laserlegieren/-dispergieren wird eine Verschleißschutzschicht durch Einbringen hochfester Partikel, die dem abrasiven Verschleiß entgegenwirken, erzeugt. Funktionale Mikrostrukturen, die durch Laserstrahlstrukturieren in die Oberflächen der Werkzeugkomponenten eingebracht werden, reduzieren zusätzlich die Reibung während des Spritzgießvorgangs. Im Gegensatz zu konventionellen Strukturierverfahren gelingt es durch das Laserstrahlstrukturieren, die laserlegierten/-dispergierten Formeinsätze ohne Einschränkungen durch die zuvor lokal durchgeführten Werkstoffmodifikationen mit Designstrukturen zu versehen.
Projektpartner
- Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT
- ModellTechnik Rapid Prototyping GmbH