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Rapid Prototyping ist ein Überbegriff verschiedener Fertigungsverfahren für die schnelle Produktion von Prototypen (Musterbauteilen).

Dachkonstruktion für ein Cabriolet: dieses Konzeptmodell wurde aus Polyamid im Laser-Sintering-Verfahren hergestellt.

Rapid Prototyping

Additive Fertigung

In der Blechumformung wird je nach Bauteilgröße und Komplexität des zu fertigenden Werkstücks eine große Vielfalt von Werkzeugen eingesetzt. Je nach Baugröße und Aufbau der Werkzeuge lassen sich deren Konstruktionskonzepte in drei Gruppen unterteilen.

Folgeverbundwerkzeug mit mehreren Umform- und Schneidoperationen

Umformwerkzeuge

Stanz- und Umformwerkzeuge

Stanzwerkzeuge

Werkzeuge für die Blechumformung

‚In wenig Zeit viele Späne machen‘ – darum geht es beim HPC-Fräsen (High Performance Cutting) oder auf deutsch der Hochleistungszerspanung. Im Werkzeug- und Formenbau wird es vorrangig zum Schruppen eingesetzt.

HPC-Schruppfräser ‚Garant Master Steel‘ der Hoffmann Group.

Fräsen

Schröder, Susanne

HPC-Fräsen (High Performance Cutting)

Das HSC-Fräsen (High Speed Cutting) oder zu deutsch Hochgeschwindigkeitszerspanung (HGZ) wird im Werkzeug- und Formenbau vorrangig zum Vorschlichten und Schlichten eingesetzt.

Zecha-Fräser der Qualitätslinie sind u.a. für die HSC-Bearbeitung von Kupfer geeignet.

HSC Fräsen (High Speed Cutting) | Vorteile ✓ Einsatzmöglichkeiten ✓ Eigenschaften ✓ HPC-Fräsen & Mehr ➤ Jetzt lesen!

HSC-Fräsen (High Speed Cutting)

Gewinde sind eine wichtige Art von zusätzlichen Funktionselementen an Kunststoffteilen. Eine typische Anwendung für ein Innengewinde sind der Schraubverschluss und Anschraubpunkt für einen Halter.

Bild 2.23: Formkern mit Führung und Leitmutter

Innengewinde in Spritzgussteile | Werkzeug und Kern | Entformung trotz Hinterschnitt | Alternative Methoden ► Jetzt informieren!

Spritzgießwerkzeuge

Innengewinde: Viele technische Wege führen zum Ziel

Stopfen oder Nippel sind Kunststoffteile, die in der Hauptsache nur aus dem Gewinde bestehen, sie werden z. B. zum Abdichten einer Öffnung oder als Adapter für einen Schlauch verwendet.

Bild 2.19: Gewindestopfen zum Schutz von Schraubbohrungen

Außengewinde: Zum Abdichten und Verbinden

Bei der Auswahl des richtigen Materials für den Bau von Spritzgießwerkzeugen muss die richtige Balance zwischen Produktlebenszyklus, Kosten und Qualität gefunden werden.

Das Material entscheidet mit über die Qualität eines Werkzeugs. Beispielwerkzeug von Color Metal.

Spritzgusswerkzeug Materialwahl | Ausbringungsmenge ✓ Oberfläche ✓ Abrasive Kunststoffe ✓ Rostfreie Stähle & Mehr ➤ Jetzt informieren!

Die richtige Materialwahl

Spricht man von einem 1-fach, 2-fach oder 4-fach Spritzgießwerkzeug, ist dabei die Anzahl der Kavitäten oder der Formnester gemeint. Zu unterscheiden sind hier gleiche oder unterschiedliche Formnester.

Bild 3.19: Die Abbildung zeigt ein klassisches 1-fach Werkzeug. Die Kavität ist außerhalb der Werkzeugmitte angeordnet.

Kavität Anordnung Spritzguss  | Zentrische Aufspannung ✓ Einfach-Werkzeug ✓ Mehrfach-Werkzeug & Mehr ➤ Jetzt informieren!

Anordnung der Kavitäten

Das trochoidale Fräsen wird gerne für ‚Härtefalle‘ beim Nuten-, Taschen- oder Kantenfräsen eingesetzt – wie beispielsweise die Hartbearbeitung im Werkzeug- und Formenbau.

Volle Breitseite: Der Trochoidalfräser nutzt seine gesamte Werkzeuglänge zur Bearbeitung des Werkstücks.

Trochoidal fräsen

In der Welt der Industrie 4.0 tauchen immer wieder Begriffe auf, von denen man oft nur so ungefähr weiß, was sie bedeuten. In unserem Glossar bringen wir einige davon auf den Punkt.

Smart Factory

Industrie 4.0 für die Kunststoffverarbeitung

Industrie 4.0 für die spanende Fertigung

Industrie 4.0

Grundbegriffe Industrie 4.0/Smart Factory

Wenn Kunststoffteile mit Rastnasen kostengünstig entformt werden müssen, bietet sich das Verfahren des Zwangsentformens für Spritzgießformen an.

Bild 2.16: Schräg angeordnete Rastnasen eigen sich zur Zwangsentformung eines Spritgießwerkezuges

Entformen von Kunststoffteilen | Werkstoff | Elastizität | Werkzeugaufbau | Konstruktion ► Jetzt lesen!

Zwangsentformen bei Spritzgießwerkzeugen

So wie es verschiedene Anbieter für CAD-Systeme gibt, so gibt es auch eine Reihe unterschiedlicher Datenformate für CAD-Daten. Die Übertragung der notwendigen Informationen ist hier das wichtigste Auswahlkriterium. Einen Standard für den Austausch von Daten gibt es im Bereich des CAD aktuell nicht.

Bild 3.2: Darstellung von Oberflächen im STL-Datenformat

Spritzgießwerkzeug CAD-Dateiformate | Datenformat IGES ✓ Datenformat STEP ✓ Datenformat STL ✓ Datentransfer & Mehr ➤ Jetzt informieren!

CAD Werkzeug-, Formenbau

CAD: Verschiedene Formate für unterschiedliche Aufgaben

Am Markt gibt es unterschiedliche Anbieter, die sich mit der CAD-Software auf die Konstruktion von Spritzgießwerkzeugen spezialisiert haben. Welche nun im eigenen Unternehmen idealerweise zum Einsatz kommt, hängt von unterschiedlichen Kriterien ab.

Auswahlkriterien CAD-System/Datentransfer

Schwindung ist ein physikalischer Prozess, der mit dem Abkühlen des fertig gespritzten Kunststoffartikels einsetzt. Parameter wie das Volumen und die Größe nehmen dabei ab.

Bild 3.4: Das Bild macht anschaulich, wie sich der Schwindungsprozess auf die Abmessungen und das Volumen eines Bauteils auswirken.

Schwindung in Spritzgießwerkzeugen | Verschiedene Größen ✓ Schwindungsprozess in zwei Stufen & Mehr ➤ Jetzt informieren!

Schwindung der Bauteile in Spritzgießwerkzeugen

Clipverschlüsse, auch Rastnasen genannt, sind ein oft eingesetztes Hilfsmittel in der Konstruktion von Spritzgießwerkzeugen, um verschiedene Elemente aus Kunststoff miteinander zu verbinden. Durch die Einarbeitung dieser Elemente in ein Werkzeug erhöht sich in der Regel auch der konstruktive Aufwand und die Komplexität eines Werkzeuges.

Bild 2.13: Einen außen geplante Rastnase kann einfacher entformt werden, als eine innen vorgesehene Rastnase. Dafür muss eine konstruktive Lösung bei der Werkzeugplanung berücksichtigt werden.

Konstruktion Spritzgießwerkzeug | Verbindung verschiedener Elemente | Normalien | Arbeitsweise | Auswerfer ► Jetzt informieren!

Normalien für die Kunststofffertigung

Normalien

Rastnasen und Clipverschlüsse

Die Geometrie eines Kunststoffteils bestimmt die Konstruktion eines Spritzgießwerkzeuges. Können Kunststoffteile nicht in der Hauptentformungsrichtung entformt werden, spricht man von einem Hinterschnitt oder einer Hinterschneidung. Abhilfe schaffen bewegliche Elemente im Werkzeug, die den Spritzling aus der Form lösen.

Bild 2.10: Zusätzliche Entformungsrichtungen ermöglichen das Entformen von Hinterschnitten

Hinterschnitt und Schieber | Geometrie eines Kunststoffteils ✓ Zusätzliche Entformungsrichtungen & Mehr ➤ Jetzt informieren!

Hinterschnitt und Schieber bei Spritzgießwerkzeugen

Führungen in Spritzgießwerkzeugen sind elementare Bauteile. Sie sorgen für eine Zentrierung der beiden Werkzeughälften jeweils in der Zufahrbewegung der Spritzgießmaschine. Durch mangelnde Führung im Spritzgießwerkzeug können beispielsweise die Wandstärken des Kunststoffteils variieren. Führungsbolzen (Düsenseite) und Führungsbuchsen (Auswerferseite) sind als Standardnormalien im Handel erhältlich.

Bild 2.6: Verdrehsicherung in einem Spritzgießwerkzeug

Werkzeugaufbau und Werkzeugkonstruktion | Führungen | Grundlagenwissen ► mehr über Führungen erfahren

Führungen von Spritzgießwerkzeugen

Im Werkzeug- und Formenbau müssen im allgemeinen 3D-Konturen und Formelemente hergestellt werden. Besonders hohe Anforderungen werden an die Fräswerkzeuge und an die Prozessführung gestellt, wenn schmale und tiefe Kavitäten und Konturen zu erzeugen sind. Das erfordert lang auskragende Werkzeuge und meistens nur kleine Abtragraten.

Fräswerkzeuge

Präzisionswerkzeuge

Fräser für den Werkzeug- und Formenbau

Die Funkenerosion wird für die hochpräzise Materialbearbeitung eingesetzt. Die Verfahren werden unterteilt in funkenerosives Schneiden (Drahterodieren) und funkenerosives Senken (Senkerodieren).

Verfahrensvarianten der Funkenerosion (links Senken, rechts Schneiden)

Funkenerosion Prozessverfahren | Anwendungsgebiete ✓ Varianten ✓ Abtragsprozess ✓ Entladephase ✓ Pausephase & Mehr ➤ Jetzt lesen!

Erodieren

Drahterodieren

Senkerodieren

Funkenerosion: Senkerodieren und Drahterodieren

Werden mit der Technologie der Additiven Fertigung Kerne, Kavitäten oder Werkzeugeinsätze gefertigt, oder Matrizen und Formen produziert, spricht man von dem Verfahren Rapid Tooling.

Direct Tooling: Formeinsatz mit konturangepassten Kühlkanälen (dunkel) und pneumatischer Anpresseinrichtung (weiß) hergestellt per Lasercusing aus Werkzeugstahl.

Additive Fertigung von Kernen, Kavitäten, Werkzeugeinsätzen | Matrizen und Formen ✓ Vorteile ✓ Anwendungen ► so geht's

Direct Tooling (Direkte Werkzeugherstellung) / Prototype Tooling (Herstellung von Werkzeug-Prototypen)

Rapid Tooling

Das Fräsen ist Spanen mit kreisförmiger Schnittbewegung…. und immer noch die Königsdisziplin in den meisten Werkzeug- und Formenbauunternehmen. Wir geben hier einen Überblick über die verschiedenen Fräsverfahren.

Fräsverfahren im Überblick | Formfräsen ✓ Planfräsen ✓ Rundfräsen ✓ Schraubfräsen ✓ Profilfräsen, Wälzfräsen & Mehr ➤ Jetzt lesen!

Fräsverfahren

Horizontal, vertikal, egal? In diesem Artikel werden die Bauformen von vertikalen und horizontalen Fräsmaschinen und Bearbeitungszentren erklärt.

Horizontales Bearbeitungszentrum mit Werkzeugwechselsystem und Werkzeugspeicher.

Fräsmaschinen

Aufbau von Fräsmaschinen

Rapid Manufacturing ist die schnelle Fertigung von Endprodukten (Unikate oder Serien) mittels werkzeugloser Fertigung direkt aus den CAD-Daten. Dazu werden meist Materialien wie Kunststoff, Metall oder Keramik verwendet.

50 % leichter: Dieses Scharnier für die Abdeckung eines Flugzeugtriebwerks (unten) war mittels mechanischer Bearbeitung nicht herstellbar (oben herkömmlich gefertigtes Bauteil). Es wurde aus Edelstahl per SLM-Verfahren (Selektives Laserschmelzen) hergestellt.

Rapid Manufacturing

Zusammen mit den „Subtraktiven Fertigungsverfahren“, wie Fräsen oder Drehen und den „Formativen Fertigungsverfahren“, wie Gießen oder Schmieden, stellen „Additive Fertigungsverfahren“ die dritte Säule der gesamten Fertigungstechnologie dar.

Dieses Puzzle veranschaulicht das Prinzip der Schichtbauweise: 3D-Objekte werden durch viele Schichten erzeugt.

Generative Verfahren | 3D-Druck | Rapid Prototyping | Maschinen und Anlagen zur additiven Fertigung ► jetzt mitreden können

Auch: Additive Manufacturing (AM) / Generative Fertigung

Grundbegriffe Additive Fertigung

Die Vorteile der Etagenwendetechnik liegen vor allem in der Produktion von Mehrkomponentenbauteilen.

Würfel: Vorteil der Etagenwendetechnik ist die Reduktion der benötigten Schließkraft. Möglich sind Reduzierungen bis zu 50 Prozent.

Etagenwendetechnik und Würfeltechnik

Der Bedarf für das MK-Bauteil bestimmt auch bei der Drehtellertechnik sowie der Paternoster-Technik den Einsatz der richtigen Sonderbauart eines Mehrkomponentenwerkzeuges.

Drehteller mit Servoantrieb: die Rotation des Drehtellers kann individuell auf die Zahl der Komponenten und Einspritzstationen eingestellt werden.

Sonderbauarten der MK-Technik: Drehteller und Paternoster

Indexplattentechnik und Drehkreuzsystem gehören zur Mehrkomponententechnik bei Spritzgießwerkzeugen. Der zu fertigende Spritzling wird dabei auf unterschiedliche Arten in den Kavitäten bewegt, um die einzelnen Komponenten zu spritzen.

Indexplattenwerkzeug: durch die drehbare Indexplatte erfolgt der Transport der Spritzlinge in die vorgesehene Station.

Indexplattentechnik und Drehkreuzsystem | Werkzeugaufbau | Konstruktion | Prozesserklärung ► jetzt informieren

Mehrkomponentenfertigung mit Indexplatte und Drehkreuz

Mit Mehrkomponentenwerkzeugen wird die Verarbeitung von mehreren Kunststoffen in einem Spritzzyklus realisiert.

Das Prinzip des Core-Back-Verfahrens: durch die verlängerte Produktionszeit wird das Verfahren hauptsächlich bei geringen Stückzahlen eingesetzt.

Übersicht der Verfahren | Schiebertechnik (Core-Back) | Umsetzverfahren und weitere ✓Abgrenzung ✓Anwendung ► Jetzt lesen!

Mehrkomponentenwerkzeuge

Mit Hilfe von Etagenwerkzeugen wird die Produktion effizienter, da in einem Spritzzyklus doppelt so viele Spritzteile erzeugt werden.

Beispielwerkzeug: Der Einsatz von Etagenwerkzeugen ist nur sinnvoll, wenn hohe Stückzahlen im Dauerbetrieb zu fertigen sind

Konstruktiver Aufbau eines Etagenwerkzeugs | Ausbringung | Kosten senken | Elastomere | ► Jetzt informieren!

Etagenwerkzeuge

Mit der Standardisierung von Werkzeugelementen begann die rationelle Herstellung von Werkzeugen. Die standardisierten Elemente in einem Werkzeug werden Normalien genannt. Heute greift der Werkzeugbauer bei der Fertigung von Spritzgießwerkzeugen auf standardisierte Bauteile zurück, die von unterschiedlichen Normalienherstellern angeboten werden.

Die Stammgrößen der Normalien gibt es in fünf verschiedenen Ausführungen

Standardisierung | Formaufbau | Entformungselemente | Werkzeugkühlung und Temperierung ► Jetzt lesen!

Normalien für Spritzgießwerkzeuge

In den Grundzügen ist der Werkzeugaufbau von Spritzgießwerkzeugen identisch. Jedes Spritzgießwerkzeug besteht aus zwei Werkzeughälften, einer Düsenseite und einer Auswerferseite.

Die Übersicht der zwei Werkzeughälften zeigt die einzelnen Elemente der Düsen- und Auswerferseite.

Werkzeugaufbau von Spritzgießwerkzeugen | Düsenseite ✓ Entformung auf der Auswerferseite & Mehr ➤ Jetzt informieren!

Werkzeugaufbau von Spritzgießwerkzeugen

Produktionsprozess

Grundlagenartikel aus dem Werkzeug- und Formenbau

HSC-Fräsen, Multikavitätenwerkzeug, Startlocherodieren, Rapid Prototyping, Simulationssoftware – jeden Tag verwenden wir viele Fachbegriffe, wenn wir über den Werkzeug- und Formenbau berichten. Hier erklären wir die Bedeutung hinter den Wörtern.

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