Spritzgießverfahren in der Kunststofftechnik

Die Spritzgießmaschine ist ein zentrales Element vieler Produktionslinien und steht zunehmend in Interaktion mit verschiedensten vor- und nachgelagerten Produktionsschritten. Gemeinsam mit unseren Partnern aus Forschung und Industrie bewältigen wir in diesem Forschungsbereich die gewachsenen Herausforderungen an Maschine, Peripherie und Vernetzung.

Wir forschen auf dem Gebiet des Spritzgießens mit folgenden Schwerpunkten:

  • Prozesssimulation
  • Präzisionsspritzgießen und Prozessregelung
  • Werkzeugtechnik und -auslegung
  • Verfahrenstechnik und -entwicklung
  • Spritzgießsonderverfahren und Verfahrenskombinationen

Für die Durchführung von Forschungsprojekten verfügen wir über moderne Spritzgießmaschinen im Schließkraftbereich zwischen 60 und 240 t. Der Werkzeugbestand umfasst eine Vielzahl an Formen, unter anderem einfache Geometrien für analytische Untersuchungen, normierte Probekörpergeometrien sowie komplexe, anwendungsnahe Geometrien. Für die Werkzeugauslegung und Prozesssimulation stehen uns modernste CAD/CAM/CAE-Tools zur Verfügung.

Aktuelle Forschungsthemen im Bereich Spritzgießen

Digitalisierung der Spitzgießfertigung

Die effiziente Suche nach einem optimierten Betriebspunkt für neue Spritzgießprozesse bedeutet eine von Fertigungsbeginn an hohe Formteilqualität und eine geringe Nutzung von Maschinenkapazität für die Werkzeugabmusterung bzw. Prozesseinrichtung. Eine Minimierung des Aufwands für die Datenerzeugung kann hierbei durch Transferlernen mit KNN erfolgen.

Anstatt für jeden Spritzgießprozess eine große Datenmenge zu erheben, sollen bereits vorliegende Daten verwandter Prozesse bzw. bereits trainierte KNN-Prozessmodelle als Ersatz genutzt werden. Ziel ist es, hierdurch die durchzuführende Versuchsanzahl zur Prozesscharakterisierung zu senken, um schneller und kostengünstiger zu optimierten Maschineneinstellungen zu kommen.

In erfolgten Versuchen konnte bereits gezeigt werden, dass für wenige durchgeführte Versuche an der Spritzgießmaschine die Datenbasis durch Prozessinformationen aus Simulationen ergänzt werden kann. Dies führt zu einer Verbesserung der Approximationsqualität des KNN, z. B. für verschiedene Bauteilmaße oder das Formteilgewicht. In aktuellen Forschungsprojekten wird weiterführend untersucht, inwiefern die Daten über Spritzgießprozesse unterschiedlicher Bauteile zur Modellbildung genutzt werden können. Die Untersuchungen umfassen momentan Simulationsdaten, wobei die Methodik mit experimentell ermittelten Daten validiert werden soll.

Um einen robusten Arbeitspunkt zu finden und den Spritzgießprozess zur Produktion hochqualitativer Bauteile einzurichten bedarf es umfangreicher Erfahrung. Die individuellen Fähigkeiten von Einrichtern und Bedienern wirken sich dadurch direkt auf die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens aus.

Ziel des vom BMBF geförderten Forschungsvorhabens CoSiMa (07/2018 – 06/2021) ist es, mithilfe des Simulationstools CADMOULD der simcon kunststofftechnischen Software GmbH, Würselen einen validen Arbeitspunkt zu ermitteln und diesen als initiale Einstellempfehlung einer Spritzgießmaschine der ARBURG GmbH + Co. KG, Loßburg zu übergeben. Weiterhin soll der Einstellvorgang mithilfe simulierter Arbeitsfenster unterstützt werden. Das maschinenspezifische Verhalten einer Spritzgießmaschine wird über die OPC-UA Schnittstelle überwacht, sodass eine individuelle Umrechnung simulierter Einstellparameter im Leitrechnersystem der GRP GmbH & Co. KG, Aachen bspw. einen Wartungsauftrag der Rückstromsperre basierend auf dem aktuellen Schließverhalten auslösen kann.

Das Projekt unterstützt darüber hinaus die internationale Zusammenarbeit mit dem Werkeugbaucluster TECOS Slovenian Tool and Die Development Centre, Celje und den slowenischen Verarbeitern KOLEKTOR d.o.o., Idrija und TEHNOMAT d.o.o., Kranj.

Bisherige Forschungsarbeiten fokussieren die Übertragbarkeit generierter Volumenstromprofile auf die Spritzgießmaschine und die individuelle Anpassung auf Basis des maschinenspezifischen Einspritzverhaltens. 

Innovative Prozessregelung

Fortschrittliche Regelungsstrategien bieten die Möglichkeit, die Prozessrobustheit und die Bauteilqualität zu erhöhen. Beim Spritzgießen konnte sich bislang kein Prozessregelungsansatz industriell durchsetzen, obwohl sich dies nachweislich positiv auf die Formteileigenschaften auswirkt. Der Grund dafür ist, dass sich eine maschinenseitige Werkzeuginnendruckregelung nur mit manuellem Einstellaufwand für jedes einzelne Werkzeug und jeden Werkstoff realisieren lässt. Das erforderliche regelungstechnische Wissen fehlt in der Produktionspraxi. Des Weiteren stellt die gleichmäßige Füllung von Mehrkavitätenwerkzeugen nach wie vor eine Herausforderung dar, für die keine regelungstechnische Lösung identifiziert werden konnte.

In einem Forschungsvorhaben gefördert durch die AiF wird eine kavitätsspezifische Regelung des Prozesses angestrebt durch eine Positionssteuerung der Heißkanalnadel in der Nachdruckphase. Heißkanalnadeln als hochdynamisches Stellglieder bieten die Möglichkeit, die Regelstrecke erheblich zu vereinfachen und auch in Mehrkavitäten- oder Familienwerkzeugen eine individuelle Regelung jeder einzelnen Kavität zu gewährleisten.

Anhand von Vorversuchen konnte gezeigt werden, dass der Werkzeuginnendruck durch verschiedene Nadelpositionen in der Nachdruckphase beeinflusst werden kann. Zurzeit wird die Regelungssoftware entwickelt. Final werden die Regler parametrisiert und die Reglungsstrategie auf ihre Robustheit untersucht und für verschiedene thermoplastische Materialien optimiert.

Während in der Praxis die Regelung der einzelnen Phasen des Spritzgießzyklus, wie Einspritz- oder Nachdruckphase, sehr ausgereift ist, stellt die diskrete Umschaltung auf den Nachdruck eine Schwachstelle dar. Bei bisher entwickelten Umschaltverfahren ist der Zustand am Umschaltpunkt nicht bestimmbar, da der Umschaltpunkt mithilfe von Stell- oder Regelgrößen nicht direkt erfasst werden kann.

In einem aktuellen Forschungsprojekt in Kooperation mit dem Institut für Regelungstechnik (IRT) der RWTH Aachen wird daher eine neue Prozessführungsstrategie entwickelt. Diese soll im Gegensatz zu aktuell bekannten Prozessführungsstrategien eine phasenübergreifende und nach Möglichkeit maschinenunabhängige Regelung des Spritzgießprozesses ermöglichen.

Am Versuchsstand wurden bereits einfache, unterlagerte Regelkreise integriert. Dadurch können ausgewählte Verläufe von Prozessgrößen über die Phasen hinweg ohne Umschaltung geregelt werden.

Anschließend soll die phasenübergreifende Korrelation zwischen den Verläufen wichtiger Prozess- und Qualitätsgrößen, wie dem Werkzeuginnendruckverlauf und dem Formteilgewicht, untersucht werden, um so geeignete Trajektorien für die Regelgrößen abzuleiten. Diese dienen später als Führungsgröße für die modellprädiktive Regelung.

Kontrollierte Abkühlung für hochpräzise Bauteile

Spritzgießwerkzeuge werden heutzutage üblicherweise basierend auf dem Erfahrungswissen des Konstrukteurs ausgelegt. Hierbei wird zunächst ein Kühlkanalsystem entwickelt und anschließend in einer Prozesssimulation iterativ angepasst. Dieses Vorgehen hängt jedoch sehr stark an der Expertise des Konstrukteurs und somit ist eine optimale Lösung nicht sichergestellt.

Ziel dieses Forschungsprojektes im Rahmen des Großforschungsprojektes „Sonderforschungsbereich 1120: Präzision aus Schmelze“ ist somit die Auslegung eines optimalen Kühlkanallayouts für Spritzgießwerkzeuge unabhängig vom jeweiligen Konstrukteur. Hierzu wird das Formteil in den Mittelpunkt der Betrachtung gestellt. Im Gegensatz zum aktuellen Stand der Technik in der thermischen Werkzeugauslegung, bei der eine homogene Kavitätswandtemperatur gefordert wird, wird eine homogene Temperaturverteilung des Formteils zum Ende der Kühlphase als Ziel ausgegeben. Um dieses Ziel zu erreichen, wird eine thermische Optimierung des umgebenden Spritzgießwerkzeugs durchgeführt. Die berechneten Wärmeströme vom Bauteil in das Werkzeug werden ausgewertet und ein hierauf basierendes Kühlkanalkonzept entwickelt.

In der ersten Phase des Projektes wurde eine funktionierende Methodik entwickelt und in praktischen Versuchen an der Spritzgießmaschine analysiert. Der aktuelle Forschungsschwerpunkt liegt auf der automatisierten Ableitung von Kühlkanälen und der Ableitung eines fertigbaren Kühlkonzepts. Weiterhin wird die Methodik erweitert, sodass komplexere Materialmodelle, wie z. B. ein kühlratenabhängiges Verhalten des spezifischen Volumens, die Vorhersagegenauigkeit verbessern können.

Parallel, wird in einem DFG-Transferprojekt die Übertragung der Methodik auf optische Komponenten untersucht. Hier sollen insbesondere der Prozess des Spritzprägens, sowie die Besonderheiten dickwandiger Bauteile untersucht werden. 

Formteilpräzision ist für die Herstellung von qualitativ hochwertigen Bauteilen unerlässlich. Vor allem urformende Verfahren, wie das Spritzgießen, können größere unzulässige Toleranzabweichungen aufweisen, die lediglich durch aufwendige Werkzeugiterationen oder Nachbearbeitungsprozesse korrigiert werden können. Insbesondere der Bauteilverzug infolge inhomogener Schwindung stellt hier ein zentrales Problem dar, welcher auf lokal unterschiedliche Temperatur- und Druckgradienten zurückzuführen ist.

Das Ziel des Teilprojekts B3 aus dem von der DFG geförderten Sonderforschungsbereich (SFB) 1120 ist es daher, den Bauteilverzug durch eine gezielte lokale Temperierung aktiv zu beeinflussen.

Hierzu wurde am IKV ein Werkzeug mit einer segmentierten, variothermen Formteiltemperierung entwickelt. 18 Temperierzonen bieten je nach Bedarf eine Kühlung mittels flüssigem CO2 und eine Aufheizung durch keramische Hochleistungsheizelemente. Für eine hochauflösende Erfassung der realen Prozessgrößen sind 6 Druck- und 18 Infrarottemperatursensoren vorhanden. Die Regelung der Temperierzonen erfolgt dabei durch die graphische Programmierumgebung LabVIEW. Zukünftig wird eine Selbstoptimierung angestrebt, die durch gezielte Manipulation der identifizierten Systemparameter eine Adaption auf sich verändernde Randbedingungen sowie eine zyklusübergreifende Präzisionsregelung ermöglichen soll.

Thermoplast-Schaumspritzgießen für Dünnwand- und Kleinstbauteile

Der limitierende Faktor bei der Funktionalisierung und Verbesserung von Implantaten aus resorbierbaren Kunststoffen ist die im großserientauglichen Spritzgießen auftretenden hohe Wärmebelastung der Werkstoffe. Sie verhindert die Integration von temperatursensiblen Wirkstoffen und die Verstärkung mit resorbierbaren Fasern.

Ziel des Forschungsvorhabens ist die Verringerung der Temperaturbelastung und Verbesserung der Fließfähigkeit resorbierbarer Thermoplaste, um das Anwendungsspektrum in der Medizintechnik zu erhöhen. Hierzu wird die Verarbeitung kleiner Schmelzemengen im Mikrospritzgießen mit physikalischen Treibmittelatmosphären kombiniert, um Schmelz- und Verarbeitungstemperaturen zu senken und die Viskosität zu verringern.

Durch verringerte thermische Belastungen und durch erhöhte Fließfähigkeit werden Wirkstoffinkorporationen oder verbesserte mechanische Eigenschaften von Implantaten angestrebt.

Hierfür wurde eine Mikrospritzgießmaschine für die Verarbeitung treibmittelbeladener Schmelzen modifiziert. Zur Bewertung der Verarbeitung wurden Spritzgießversuche mit miniaturisierten Fließspiralgeometrien durchgeführt. Die Untersuchungen zeigen, dass eine signifikante Verlängerung der Fließwege resorbierbarer Polylactide für dünne Formteildicken möglich ist. Ebenso kann durch die Gasbeladung eine signifikante Verringerung der Schmelzetemperatur bei gleichbleibender Fließfähigkeit erreicht werden.

Als Alternative zum Kompaktspritzgießen ermöglicht das Schaumspritzgießverfahren (TSG) die ressourcenschonende und energieeffiziente Herstellung von spritzgegossenen Formteilen. Aufgrund der verringerten Viskosität der treibmittelbeladenen Kunststoffschmelze werden mit dem TSG längere Fließwege bei geringeren Werkzeuginnendrücken erreicht. So können Formteile mit geringeren Wanddicken und somit geringerem Gewicht hergestellt werden.

Das Ziel des Forschungsvorhabens ist die Verringerung des minimalen Gewichts von dünnwandigen Spritzgießformteilen für Verpackungsanwendungen mit Schaumspritzgießverfahren (TSG). Der Verpackungssektor ist mengenmäßig der zweitgrößte der Kunststoffbranche. Die Materialkosten stellen hier mit bis zu 70 % den größten Kostenanteil dar, weswegen hier erhebliche Rohstoffersparnisse und wirtschaftliche Vorteile erzielt werden können.

Ausgewählte Polypropylen-Typen mit unterschiedlichen Fließraten werden im Forschungsvorhaben hinsichtlich der maximalen Beladung der minimalen Dosierzeit untersucht und bewertet. Anschließend wird die maximale Viskositätsreduktion und Fließweg-/ Wanddickenverhältnis bestimmt und an einem Demonstratorbauteil validiert. Die Ergebnisse werden abschließend mit einer Kostenanalyse im Schlussbericht dokumentiert.

Prozessentwicklung für hochpräzise Kunststoffoptiken

Hochtransparente Flüssigsilikonkautschuke besitzen eine hohe Temperatur- und UV-Strahlungsstabilität. Gleichzeitig können sie im Spritzgießverfahren verarbeitet werden und weisen deshalb die verfahrensspezifischen Vorteile des Spritzgießprozesses wie große Designfreiheit und geringen Nachbearbeitungsbedarf auf. Diese Eigenschaften können in einer LED Beleuchtungseinheit gezielt genutzt werden. Einerseits kann durch das LSR der LED Chip gegenüber Umwelteinflüssen gekapselt werden, andererseits kann die LSR-Optik eine lichttechnische Funktion übernehmen. Konventionell werden diese Funktionen von zwei unterschiedlichen Bauteilen, der Primär- und Vorsatzoptik, übernommen.

In einem von der DFG geförderten Forschungsprojekt mit den Partnern HELLA KGaA Hueck & Co., Lippstadt, Momentive Performance Materials GmbH, Leverkusen, und ELMET Elastomere Produktions- und Dienstleistungs-GmbH, Oftering, konnte nachgewiesen werden, dass sich diese Funktionen in einem Bauteil kombinieren lassen. Dazu wurde ein Spritzgießprozess entwickelt, bei dem eine LSR-Optik auf eine ungekapselte LED Platine aufgespritzt wird. Kosten- und zeitintensive Montageschritte der Optik auf dem LED Chip können damit entfallen.

In optischen Anwendungen wie Beleuchtungssystemen haben sich Kunststoffe gegenüber dem klassischen Werkstoff Glas durchgesetzt. Laseranwendungen stellen höhere Anforderungen an die optischen Eigenschaften, die Kunststoffe bisher nicht erfüllen. Hauptursache ist die hohe Temperaturabhängigkeit der optischen Werkstoffeigenschaften, bspw. des Brechungsindex. Können diese Effekte bereits im Designprozess berücksichtigt werden, haben Kunststoffoptiken ein hohes Potenzial, Standardkomponenten, wie Laserkollimationen zu ersetzen.

Das Ziel des Forschungsprojekts ist in Zusammenarbeit mit dem Lehrstuhl für Technologie Optischer Systeme (TOS) der RWTH Aachen, die thermischen Einflüsse im Betrieb bereits beim Optik-Designprozess zu berücksichtigen und die Oberflächenqualität zu erhöhen. Dies erfordert eine enge Verzahnung von Optik- und Prozessauslegung. Dafür wird eine gekoppelte, digitale Prozesskette von der Optikauslegung über die Prozessauslegung und die Produktion bis hin zur Vermessung der Kunststoffoptik entwickelt und anhand eines anwendungsnahen Demonstrators umgesetzt. Hiermit soll von der Linsengeometrie über das Werkzeug und den gewählten Prozesseinstellungen auf die Performance der Linse unter Einsatzbedingungen geschlossen werden. Kostenintensive Werkzeugiterationen und die Herstellung von Prototypen werden auf diese Weise reduziert oder vermieden. 

Integriertes Metall/Kunststoff-Spritzgießen (IMKS)

Mit dem am IKV entwickelten Integrierten Metall/Kunststoff-Spritzgießen (IMKS) wird die Herstellung von Kunststoffbauteilen mit integrierten Leiterbahnen in einem Zyklus auf einer Spritzgießmaschine ermöglicht. In Anlehnung an das Mehrkomponenten-Spritzgießen wird durch eine Verfahrenskombination aus Spritzgießen und Metall-Druckgießen zunächst ein Kunststoffträger hergestellt, welcher anschließend in eine zweite Kavität umgesetzt und mit einer Metalllegierung überspritzt wird. Dabei kön­nen Elemente wie Stecker, Kontakte, und LEDs direkt mit einer Metalllegierung kon­taktiert werden.

Ziel ist es, mit dem IMKS Fügestellen zu realisieren, die eine Stromdichte von 90 % gegenüber einer klassischen Lötverbindung ausfallsicher übertragen können. Aus diesem übergeordneten Ziel leitet sich als Teilziel die systematische Erarbeitung von Prozess- und Gestaltungsrichtlinien für die Kontaktierung ab, welche eine ressourceneffiziente Fertigung elektrisch leitfähiger Kunststoffbauteile mit dem IMKS ermöglichen.

Aktuell liegt der Forschungsschwerpunkt auf der grundlegenden Analyse der Kon­taktierung des Einlegers mit dem metallischen Lot sowohl auf simulativer als auch experimenteller Ebene. 

Konventionelle Leuchtmittel werden zunehmend durch energetisch günstigere LEDs ersetzt. Die klassische Prozesskette zur Herstellung von LED-Beleuchtungssyste­men gliedert sich heutzutage noch in viele aufwendige Einzelschritte. Aus der lan­gen Prozesskette resultiert ein sehr hoher technischer, logistischer und zeitlicher Aufwand.

Ziel des Forschungsvorhabens ist die Auslegung eines LED-Beleuchtungssystems, welches sich vollständig in einer hochintegrierten Spritzgießfertigungszelle fertigen lässt. Zusammen mit den Partnern Krallmann Pilot Werkzeugbau GmbH, Hiddenhausen, Covestro Deutschland AG, Leverkusen, Innolite GmbH, Aachen und Mentor GmbH & Co. Präzisions-Bauteile KG steht dabei die Entwicklung eines hochintegrierten Spritzgießwerkzeugs mit mehreren Stationen im Zentrum. Da­bei soll die Wertschöpfungskette verkürzt werden, sodass kostenintensive Mon­tage- sowie Vor- und Nachbearbeitungsschritte entfallen können. Darüber hinaus werden Materialeinsparungen durch eine effiziente Nutzung und geringeren Aus­schuss angestrebt.

Aktueller Forschungsschwerpunkt liegt auf der Untersuchung von verschiedenen neuen Materialkombinationen, zum einen für den Bereich der Gehäusematerialien im Zusammenhang mit optischen Materialien, zum anderen im Hinblick auf die Kontaktierung der LED durch das Integrierte Metall/Kunststoff-Spritzgießen (IMKS).

Verarbeitung von Sonderwerkstoffen

Als Alternative zu erdölbasierten Kunststoffen können Biokunststoffe aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt werden und bieten häufig vergleichbare Eigenschaften zu herkömmlichen Kunststoffen, wie z. B. Celluloseacetat (CA). Aufgrund der hohen Wärmeformbeständigkeit und den mit Polystyrol vergleichbaren mechanischen Eigenschaften der Biokunststoff für technische Formteile und Schaumwaren für die Bauindustrie an. Bei beiden Anwendungsfelder ist ein hervorragender Flammschutz notwendig. Aufgrund der REACH-Verordnung dürfen viele bisherige Flammschutzmittel wegen deren Toxizität seit 2015 nicht weiterverwendet werden, weswegen nachhaltige Flammschutzlösungen für die Umsetzung der Energiewende eine unabdingbare Anforderung an den Werkstoff darstellen.

Die Zielsetzung des Projekts ist die Bereitstellung eines hochwirksamen Flammschutzsystems für den CA zum Einsatz in ressourcenschonenden Schaumwaren. Da zur thermoplastischen Verarbeitung von CA werden dem Polymer Weichmacher zugesetzt werden, stellt sich die Herausforderung in der Entwicklung zielführender Rezepturen für Spritzgießen und Extrusion. Durch den starken Einfluss der Verarbeitungsparameter auf die Produkteigenschaften ist es notwendig, neben dem Material auch die entsprechenden Verarbeitungsverfahren und mögliche Wechselwirkungen zwischen Material, Prozess und Produkt zu untersuchen. 

Für technische Anwendungen müssen Kunststoffe in der Regel eine Reihe an Anforderungen, wie eine hohe Wärmeformbeständigkeit, eine hohe Zähigkeit und eine geringe Entflammbarkeit, erfüllen. Biobasierte Polyactide (PLA) konnten sich bisher aufgrund mangelnder mechanischer Eigenschaften nicht durchsetzen. Ziel des Forschungsprojekts ist eine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften in Kombination mit einem guten Flammschutz, um biobasiertes PLA für technische Anwendungen verwenden zu können.

Dafür werden in dem Forschungsvorhaben, gefördert durch das BMEL, PLA-Compounds mit verschiedenen Rezepturen an Nukleierungsmitteln, Flammschutzmitteln und Schlagzähmodifikatoren untersucht. Die resultierenden mechanischen Eigenschaften und die Entflammbarkeit der Compounds werden mit den Verarbeitungsparametern und Rezepturen korreliert, um ein optimiertes Material herzustellen. In Versuchen konnte gezeigt werden, dass durch eine geeignete Temperaturführung des Spritzgießwerkzeugs ein hoher Kristallisationsgrad und somit eine gute Wärmeformbeständigkeit für das langsam kristallisierende PLA erreicht werden kann. Durch eine variotherme Temperierung konnte die erforderliche Kühlzeit gegenüber einer isothermen Temperierung deutlich reduziert werden. In DSC-Messungen wurden kristallisationsfördernde Eigenschaften von Flammschutzmitteln nachgewiesen. In einem nächsten Schritt wird analysiert, ob dieser Effekt synergetisch genutzt werden kann. 

Steigende Temperaturanforderungen an Kunststoffbauteile haben einen Trend zur Entwicklung und zum Einsatz von Kunststoffen mit erhöhten Temperaturbeständigkeiten eingeleitet. Duroplastische Formmassen können diese Anforderung erfüllen und rücken aufgrund ihrer vergleichsweise niedrigen Materialkosten verstärkt in den Fokus von Serienanwendungen. Das Potenzial der Duroplaste ist für komplexere Baugruppen jedoch nur nutzbar, wenn geeignete Fügeverfahren vorhanden sind, um die verschiedenen Formteile reversibel zu verbinden. Das Verschrauben stellt oftmals das einzig anwendbare Fügeverfahren von Duroplasten dar.

Da die Auslegung von Einschraubdomen bisher noch größtenteils auf Erfahrungswissen basiert, ist es das Ziel gemeinsam mit dem Institut Kunststofftechnik Paderborn (KTP) eine für duroplastische Werkstoffe optimierte Geometrie der Einschraubtuben zu entwickeln. Darüber hinaus steht der Erkenntnisgewinn über relevante Einschraubparameter und das Material- und Versagensverhalten im Fokus. Darauf aufbauend sollen Gestaltungsrichtlinien erarbeitet werden.

Aufbauend auf systematische Untersuchungen zum Einfluss der Materialpaarungen von Duroplast und Schrauben, der Herstellungs- sowie Verschraubungsparameter auf die Festigkeit, wird in einem mehrstufigen Optimierungsprozess eine geeignete Tubengeometrie entwickelt. Die Ausgangsbasis bildet ein Tubendesign für spröde Thermoplaste, die in ihrem Materialverhalten Duroplasten ähneln. Nach mehrfacher Iteration wird eine material-, verfahrens- und belastungsgerecht ausgelegte Tube entwickelt.

Malte Röbig, M.Sc.

Abteilungsleiter Spritzgießen +49 241 80-93827 malte.roebig@ikv.rwth-aachen.de

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Wir erarbeiten Lösungen für die Kunststoffindustrie

In bilateralen Projekten oder Verbundprojekten bearbeiten wir zusammen mit Industriepartnern verschiedenste aktuelle Fragestellungen. Als Partner nutzen Industriekunden dabei unsere Expertise auf den Gebieten der Prozesssimulation und -optimierung, der Werkzeugauslegung, der Material- und Bauteilabmusterung sowie bei der Umsetzung verschiedenster Sonderverfahren des Spritzgießens.

Zusammen mit unseren Partnern aus der Industrie

- erarbeiten wir eine prozessgerechte Formteilauslegung.
- entwickeln wir Fertigungsverfahren neu oder weiter.
qualifizieren wir Materialien für Sonderverfahren (Schaumspritzgießen, Fluidinjektionstechnik, u. v. m).
optimieren wir aktuelle Prozesse (Prozessführung und -regelung, Betriebsorganisation, etc.).
- unterstützen bei der erstmaligen Umsetzung innovativer Verfahren.

Wir sind Forschungspartner für verschiedene Branchen:

  • Automobil- und Zuliefererindustrie
  • Maschinenbau
  • Kosmetikindustrie
  • Weiße und Braune Ware 
  • Sport- und Medizintechnik

Häufige Fragestellungen

Kooperationsprojekte mit unseren Partnern aus der Industrie behandeln oft mehrere der folgenden  Fragestellungen, für die wir individuelle und unmittelbar umsetzbare Lösungen erarbeiten:

  • Bauteiloptimierung und prozessgerechte Auslegung
  • Untersuchung des Prozesseinflusses auf die Bauteileigenschaften
  • Nachweis der Verarbeitbarkeit neuer Materialien in Spritzgießsonderverfahren
  • Neu- und Weiterentwicklung von Spritzgießsonderverfahren, insbesondere im Bereich
    • Thermoplast-Schaumspritzgießen
    • Fluidinjektionstechnik
    • Mehrkomponenten-Technik (z. B. Multilayer-Verfahren, Kombiniertes Tiefziehen- und Hinterspritzen)
  • Prozessauslegung des Spritzgießens und seiner Sonderverfahren
  • Rheologische, thermische und mechanische Werkzeugauslegung mithilfe verschiedenster Software-Lösungen
  • Demonstratorentwicklung und -herstellung
  • Herstellung normgerechter Probekörper
  • Abmusterung von neu entwickelten Materialien

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