Das Spritzgießen ist eine wirtschaftliche Option, wenn es um die Produktion von identischen Bauteilen in großer Stückzahl geht. Demgegenüber hat sich die Additive Fertigung positioniert – nicht als Konkurrenz, sondern als ergänzende Möglichkeit zur Produktion individualisierter Modelle. So verschieden die beiden Herstellungsverfahren auch sind, so häufig gehen sie Hand in Hand. Nachfolgend ist die Optimierung des Spritzguss-Prozesses mit Hilfe additiv gefertigter Bauteile illustriert.

Lasergesinterter Greifer für die Fertigung einer Frisbee aus zwei Komponenten in seiner Zeichnung, inklusive angedeuteter Kanäle nebst physischem, 3D-gedruckten Modell (Bild: SKZ)

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

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.

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.

Christian Deubel, Senior Engineer im Bereich Spritzgießen/Additive Fertigung am SKZ, Würzburg, ist sicher, dass additiv gefertigte Entnahmegreifer aus einer optimierten Spritzgießproduktion nicht mehr wegzudenken sind. Im SKZ-Kurs „Konstruktion für die Additive Fertigung“, der wahlweise Online oder in Präsenz stattfindet, lernen Teilnehmer von 3D-Druck-Experten 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.

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