Von der Idee bis zum Spritzgießwerkzeug

Den komplexen Entwicklungsprozess eines Serienproduktes von der Idee bis zum fertigen Teil können Kunststofftechnik-Studierende ab sofort praxisnah und lückenlos nachvollziehen. Im Kunststofftechnik-Labor der Hochschule Darmstadt (h_da) steht hierfür eine neue CNC-Maschine zur Verfügung, die Spritzgieß-Werkzeuge für Kunststoff-Produkte auf Basis einer digitalen Vorlage automatisiert herstellt. Das aus Studierenden bestehende Rapid Tooling-Team um Prof. Dr. Thomas Schröder und Dr. Jens Butzke konnte die Maschine im Wert von 200.000 Euro mit Hilfe zentraler QSL-Mittel (Mittel zur Qualitätssicherung in Studium und Lehre) anschaffen. Das Unternehmen Okuma gewährte zudem einen Preisnachlass, der die Anschaffung zusätzlich erleichterte.

Von Simon Colin, 07.10.2021

Bislang haben Studierende die benötigten Spritzgieß-Werkzeuge digital konstruiert und die Kunststoff-Produkte auch hergestellt, die Fertigung der so genannten Werkzeugeinsätze zur Herstellung der Kunststoff-Produkte aber nicht miterlebt. Diese Lücke schließt die neue Maschine. Die Studierenden laden ihr am Computer entwickeltes Produktdesign in die Maschine, die daraus Werkzeugeinsätze aus keramik- oder metallgefülltem Kunststoff 3D drucken und zugleich auch fräsen und somit bearbeiten kann, wodurch die Werkzeugoberfläche verbessert wird. Zugleich lassen sich durch dieses kombinierte Verfahren die Werkzeuge ressourcenschonender herstellen, da beim Abtragen der zuvor gedruckten Form nahezu keine Schnittreste entstehen.

„Die Studierenden lernen an der Maschine modernste und nachhaltige Fertigungsmethoden, zugleich stärken wir die Digitalisierung in der Lehre“, sagt Prof. Dr. Thomas Schröder. Vorgesehen ist zudem ein Forschungsprojekt, in dem die ressourcenschonende Herstellung von Werkzeugeinsätzen im Fokus steht, wie Dr. Jens Butze erläutert. „Zugleich denken wir interdisziplinär und ermöglichen anderen Fachbereichen die Nutzung der Maschine zur Fertigung ihrer Produktentwürfe.“ Fit gemacht für den hochschulweiten Betrieb wurde die neue Anlage vom Team der mechanischen Werkstätten der h_da-Kunststofftechnik um Frank Berns gemeinsam mit Studierenden aus der Kunststofftechnik-Fachschaft.

  • Die neue CNC-Maschine im Kunststofftechniklabor kann Spritzgießwerkzeuge für Kunststoffprodukte auf Basis einer digitalen Vorlage automatisiert herstellen. Zur Übergabe kam Vertriebsingenieur Marco Lange von Okuma (links) an die h_da. Neben ihm Prof. Dr. Thomas Schröder und Dr. Jens Butzke aus dem Rapid Tooling-Team am Fachbereich Maschinenbau und Kunststofftechnik. Alle Bilder: h_da/Markus Schmidt.

  • Schritt für Schritt zum Spritzgießwerkzeug: Am Anfang steht das Anschauungsmuster, 3D gedruckt aus Kunststoff (links). Darauf aufbauend lässt sich in der neuen Maschine dann ein erstes Aluminiumfrästeil fertigen und nach und nach immer komplexere Werkzeugeinsätze zum späteren Spritzgießen.

  • Die Spritzgießwerkzeuge sind eine Art Schablone für spätere Kunststoffteile und bestehen aus keramik- oder metallgefülltem Kunststoff. So entstehen sie: In der Maschine wird zunächst das Fräswerkzeug zur Metallbearbeitung in die so genannte Werkzeugaufnahme eingesetzt. Die Maschine kann im Fräsprozess 32 Fräswerkzeuge automatisch wechseln.

  • Im Einsatz arbeitet das Fräswerkzeug mit 15.000 Umdrehungen pro Minute. Da Metall auf Metall fräst, entsteht starke Hitze, die mit Kühlflüssigkeit gesenkt wird.

  • Nach der Bearbeitung zeigt sich das in Form gebrachte und von Spänen befreite Spritzgießwerkzeug, hier exemplarisch ein Flaschenöffner.

  • Das Spritzgießwerkzeug wird dann in die Spitzgießmaschine eingesetzt, wo weißer Kunststoff in Form gepresst wird. Ergebnis: hochwertige Bauteile aus Kunststoff in großer Stückzahl.

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Simon Colin
Wissenschaftsredakteur
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