Additiv gefertigte Werkzeugeinsätze ermöglichen die kavitätsnahe Platzierung von Temperierkanälen und realisieren somit die wirtschaftliche Fertigung eigenschaftsoptimierter thermoplastischer Mikrobauteile.
Mikrobauteile aus Kunststoff werden für vielfältige Anwendungen durch Spritzgießen schnell und wirtschaftlich hergestellt. Dabei führen hohe Abkühlgeschwindigkeiten zu veränderten morphologischen und mechanischen Eigenschaften dieser Bauteile und ermöglichen somit die gezielte Beeinflussung des Werkstoffverhaltens. Durch eine variotherme Temperierung der Spritzgießform können das Prozessverhalten und die resultierenden Bauteileigenschaften verbessert werden.
rechts: Gangunterschied einer konventionell und dynamisch temperierten Mikroplatte aus PC, erhöhte Anisotropie/Eigenspannungen (links und Mitte), prozessoptimierte quasi-isotrope Eigenschaften mit minimierten Eigenspannungen (rechts) (Quelle: Friedrich- Alexander-Universität)
Potenzial für eine wirtschaftliche Fertigung von Mikroteilen bieten durch Rapid Tooling hergestellte Werkzeuge, kombiniert mit einer konturnahen, variothermen Temperierung. Während die Technologie bereits in die Fertigung makroskopischer Bauteile Einzug hält, wurden für Mikroteile im Rahmen des Projekts Erkenntnisse zur Konstruktion, Auslegung und Fertigung solcher Werkzeuge in der Spritzgießverarbeitung eruiert. Die Aufklärung dieser grundlegenden Sachverhalte stellte das Ziel dieses Verbundprojekts dar.
Mit Hilfe des Verbundprojekts wurden die Einflussmöglichkeiten einer variothermen Prozessführung auf die abkühlbedingten morphologischen und mechanischen Eigenschaften bei Mikroformteilen untersucht. Gewonnene Erkenntnisse zeigen, dass die schichtweise Fertigung von Werkzeugeinsätzen es ermöglicht, Kühlkanäle direkt hinter der Kavität zu platzieren. Somit konnte eine gezielte und schnelle variotherme Temperierung von Mikrobauteilen erreicht werden, was in Bezug auf die Zykluszeit insbesondere im Vergleich zur konventionellen Temperierung bei hohen Temperaturen eine Reduktion von bis zu 50 % bei gleichzeitiger Verbesserung der Bauteileigenschaften ermöglicht. Letztendlich konnte gezeigt werden, dass Rapid-Tooling-Spritzgießwerkzeugeinsätze mit verschiedenen Oberflächenbehandlungsmaßnahmen versehen werden können.
