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3D-gedruckte Greifer erhöhen die Effizienz im Spritzgießprozess

Das Spritzgießen ist wohl eine der wirtschaftlichsten Optionen, wenn es um die Produktion von identischen Bauteilen in großer Stückzahl geht. Demgegenüber hat sich in den vergangenen Jahren die Additive Fertigung („3D-Druck“) positioniert – nicht als Konkurrenz, sondern als ergänzende Möglichkeit zur Produktion individualisierter Modelle. So verschieden diese beiden Herstellungsverfahren auch sind, so häufig gehen sie Hand in Hand. Nachfolgend ist die Optimierung des Spritzguss-Prozesses mit Hilfe additiv gefertigter Bauteile illustriert.

20.06.2022
Greifertechnik 3D-Druck

Greifertechnologie aus dem 3D-Drucker (Foto: SKZ)

Spritzgießen und Additive Fertigung – Effizienz durch Synergie! Aber wie?

Die Herausforderung
Spritzgegossene Teile müssen aus der Kavität entnommen werden. Dafür kommen auf das jeweilige Bauteil angepasste Greifer zum Einsatz, für welche beispielsweise folgende Anforderungen bestehen: 

  • Der Greifer soll leicht sein. Insbesondere sehr große Systeme (z. B. für Mehrfachkavitäten-Spritzgussformen) erreichen schnell ein hohes Gewicht, wenn sie aus Metallen und zusätzlich massiv gefertigt werden. 
  • Der Greifer soll Luftkanäle für die Ansaugung beinhalten und zusätzlich Feder-Elemente verbaut haben. Diese Anforderungen führen schnell zu komplexen Greifergeometrien, deren Herstellung durch Montage mehrerer Baugruppen zwangsläufig viele Schritte durchläuft.
  • Der Greifer soll aus Gründen der Wirtschaftlichkeit möglichst schnell verfügbar sein.
  • Wenn inline Qualitätssicherungssysteme zum Einsatz kommen, ist eine bauteilschonende wiederholgenaue Positionierung unerlässlich. 

Die Lösung
Im Hinblick auf Leichtbaueigenschaften ist die Verwendung von Kunststoffen eine gute Wahl. Pulverbasierte additive Fertigungsverfahren, wie das Laser-Sintern liefern in vielen Fällen die größten Freiheitsgrade für die Komplexität des zu fertigenden Modells. Dadurch sind zum einen weitere Struktur- und Gewichtseinsparungen möglich, da die Teile nicht zwingend massiv sein müssen. Zum anderen können Funktionen wie Federungen und Luftkanäle integriert werden, so dass der fertige Greifer an einem Stück entsteht und zusätzliche Fertigungsschritte entfallen. Dementsprechend ist das System, insbesondere bei Ersatz, schneller verfügbar.

Die Umsetzung
Um das Maximum an Funktionalität aus additiv gefertigten Greifern herauszuholen, ist ein Umdenken in der Modellierung notwendig, da für den 3D-Druck anders konstruiert werden muss, als man es für die konventionelle Fertigung gewohnt ist. Zudem ist 3D-Druck nicht gleich 3D-Druck – jedes additive Fertigungsverfahren stellt seine ganz eigenen Anforderungen an ein CAD-Modell. Dadurch, dass sehr komplexe Geometrien herstellbar sind, gewinnt auch das generative Design zunehmend an Bedeutung. Das bedeutet, dass das CAD-Programm das Modell mit Hilfe vorgegebener Randbedingungen automatisch errechnet. Ein Beispiel hierfür ist die dargestellte Greifergrundplatte: Gegenüber Standard-Systemen sind das Gewicht sowie auch Kerbspannungen durch das für das Laser-Sintern optimierte, bionische Design hier deutlich reduziert.

Der Wegbereiter
Christian Deubel, Senior Engineer im Bereich Spritzgießen/Additive Fertigung am SKZ und Konstrukteur der Greifer ist sich sicher: „Additiv gefertigte Entnahmegreifer sind die innovative Zukunft und aus einer optimierten Spritzgießproduktion nicht mehr wegzudenken.“ Im SKZ-Kurs „Konstruktion für die Additive Fertigung“ (wahlweise Online oder in Präsenz) lernen die Teilnehmer/-innen von 3D-Druck-Experten und Expertinnen in drei Tagen die Grundlagen ausgewählter Verfahren und ihrer Modellmaterialien auf Kunststoffbasis. Weiterhin werden jeweils gültige Konstruktionsregeln und -möglichkeiten gelehrt, um Ideen additiv umzusetzen. Der Kurs richtet sich an Techniker und Ingenieure mit Vorerfahrung im CAD.

Weitere Informationen zum Kurs Konstruktion für die Additive Fertigung

 

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Ansprechpartner:

Matthias Ruff
Leitung Vertrieb
Würzburg
+49 931 4104-503
m.ruff@skz.de

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