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Forschungsprojekt 3D-Druck Metall-Spritzguss-Werkzeug mit konturnaher Kühlung

Quelle: Pressemitteilung AIM3D 2 min Lesedauer

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AIM3D GmbH

Der Lehrstuhl für Mikrofluidik der Universität Rostock bearbeitet zusammen mit der Stenzel MIM Technik GmbH ein Forschungsprojekt zum 3D-Druck eines MIM-Spritzgießwerkzeugs (Metallspritzgießen) mit konturnaher Kühlung. Es soll eine neue Prozesskette entwickelt werden. Zum Einsatz kommt die CEM-Technologie von AIM3D.

Die Bereitstellung eines MIM-Werkzeuges durch das CEM-3D-Druck-Verfahren verkürzt gegenüber einem konventionellen Ansatz den Zeitaufwand von rund 8 Wochen auf ca. 5 Tage.(Bild: AIM3D)
Die Bereitstellung eines MIM-Werkzeuges durch das CEM-3D-Druck-Verfahren verkürzt gegenüber einem konventionellen Ansatz den Zeitaufwand von rund 8 Wochen auf ca. 5 Tage.
(Bild: AIM3D)

Ziel jeder konturnahen Kühlung von Spritzgießwerkzeugen von Metallen oder Polymeren ist es, die Zykluszeit deutlich zu reduzieren. Das Prinzip beruht darauf, durch konturnahe Kühlkanäle mit niedrigen Querschnitten Kühlmittel-Fluids zu führen. Sie kühlen das Bauteil bereits während des Zyklus. Im Resultat ergibt sich eine schnellere Entformung. Langjährige Erfahrungswerte liegen bei ca. 20 Prozent Zykluszeitverkürzung, allerdings in Abhängigkeit von Wandstärken und Größe.

3D-Druck ermöglicht Kühlkanäle als Funktionsintegration

Im 3D-Druck kann die konturnahe Kühlung mit Wendelkanälen als sogenannte Funktionsintegration direkt im Werkzeug abgebildet werden. Die Einbettung von Inlets entfällt. Dabei entsteht die komplexe Geometrie der Kühlkanäle in Wendeltechnik mit Hilfe von CAD-Technik unter Einsatz von Simulationsmodellen, die sich an den „Bedürfnissen“ des Bauteils orientieren. Die „Time-to-Market“-Zeit des Spritzgusswerkzeugs kann so drastisch reduziert werden.

Neue Prozesskette zur Fertigung von MIM-Spritzgießwerkzeugen

Ziel des Kooperationsprojektes ist es nun, eine neue Prozesskette zur kostengünstigen und schnellen Fertigung von MIM-Spritzgießwerkzeugen zu entwickeln. Bisher werden Zeiträume von bis zu acht Wochen benötigt, um ein konventionelles MIM-Spritzgießwerkzeug zu fertigen. Durch den 3D-Metalldruck kann die Bereitstellungszeit eines MIM-Werkzeuges auf etwa fünf Tage reduziert werden.

Die Werkzeugentwicklung im Detail

Das im Metallspritzgießen herzustellende Bauteil besteht aus einem dickwandigen Teil mit dünnen Finnen. Diese Finnen lassen sich ohne konturnahe Kühlung nicht umsetzen, da sie schlecht entformbar sind. Die Stenzel MIM Technik erhofft sich für dieses Bauteil eine signifikante Zykluszeiteinsparung von 70-80%.

Im Rahmen der Kooperation wurde zunächst ein optimiertes 3D-Modell des Werkzeuges mit Hilfe von CAD- und Simulations-Tools entwickelt. Diese Daten wurden auf die CEM-Anlage ExAM 255 mit den notwendigen Prozessparametern übertragen. Der Multimaterialdrucker verwendet in diesem Fall Standard-Metall-Spritzgussgranulat. Im 3D-Druck entsteht dann ein sogenanntes Grünteil. Nach dem 3D-drucken wird das Werkzeug in einem mehrstufigen Verfahren gesintert, um die endgültigen Materialeigenschaften zu erzeugen. So können schnell komplexe metallische Bauteile hergestellt werden. Am Schluss werden Spritzgießversuche zur Erprobung des Werkzeuges erfolgen.

Das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) geförderte Projekt läuft noch bis Oktober 2023.

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