Die Herstellung von Kunststoffprofilen und -folien erfolgt mit hochentwickelten Werkzeugen, deren Geometrien genau auf die Fließeigenschaften der Kunststoffe abgestimmt sind. Diese Abstimmung bedarf oft langer Iterationsschleifen in Simulation und Experiment. Diese Schleifen stellen einen erheblichen Kosten- und Zeitfaktor dar und bedrohen perspektivisch die Fertigung in Hochlohnländern.
Das Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) in Industrie und Handwerk an der RWTH Aachen erforscht im Exzellenzcluster „Integrative Produktionstechnik für Hochlohnländer" zusammen mit den Forschungspartnern CATS (Computergestützte Analyse technischer Systeme), ILT (Institut für Lasertechnik) und WZL (Werkzeugmaschinenlabor) an der RWTH Aachen einen neuartigen Ansatz, um manuelle Versuche und Auswertungen durch einen automatischen Algorithmus zu ersetzen. Allerdings liefert der Algorithmus Geometrien, die mit konventionellen Fertigungsverfahren nicht immer abzubilden sind.
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| Additiv gefertigtes Demonstrationswerkzeug (Foto: IKV / Fröls) |
Hier bietet sich die additive Fertigung an: Aus Stahlpulver wird durch lokales Aufschmelzen kompakter Feststoff. Die Verwendung von optischen anstelle von konventionellen mechanischen Bearbeitungsverfahren erhöht die Gestaltungsfreiheit: Einerseits können sehr komplexe Konturen abgebildet werden, andererseits entfällt die Beschränkung auf eine maximale Bearbeitungstiefe. Ein Profilwerkzeug muss also nicht mehr aus zahlreichen Scheiben aufgebaut sein. Diese neue Produktionstechnik erspart Entwicklungs- und Fertigungsaufwand.
Die beim Aufschmelzen des Pulvers zwangsläufig entstehende Rauigkeit der Werkzeugoberfläche ist Fluch und Segen zugleich: Sie muss zwar am Austrittsende des Werkzeugs auf ein geringes Maß gesenkt werden, damit die produzierten Kunststoffoberflächen selber eine akzeptable Oberfläche aufweisen, sie bewirkt aber auch ein deutlich verbessertes Spülverhalten. So konnte bei einem Laborversuch nachgewiesen werden, dass ein Farbwechsel in einem additiv gefertigten Extrusionswerkzeug um 25 Prozent schneller als beim konventionell gefertigten Werkzeug möglich ist.
Als Demonstrator des Exzellenzclusters wurde von den Forschern in den Bereichen Strömungssimulation, additive Fertigung, Werkzeugmaschinen und Kunststofftechnik ein Extrusionswerkzeug ausgelegt und mittels additiver Fertigung hergestellt. Dieses Demonstrationswerkzeug verdeutlicht ein Produktionssystem, in dem die Auslegung automatisch ohne langwierige Versuchsreihen erfolgt. Gleichzeitig wird die Fertigung in einem einzigen vollautomatischen Prozessschritt realisiert. Die Anzahl der Montageschritte wird reduziert und das bessere Spülverhalten erlaubt zum Beispiel deutlich schnellere Farbwechsel.
Gefördert von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) forschen im Exzellenzcluster „Integrative Produktionstechnik für Hochlohnländer" mehr als 25 Institute der RWTH Aachen gemeinsam an nachhaltigen Lösungen, um die Produktionstechnik in Europa zukunftsfähig zu halten. Die Erkenntnisse der Forschung werden unter anderem in zahlreichen Folgeprojekten weiterentwickelt, in die sich Interessenten in verschiedener Form einbringen können.
