Oberflächenbeheizung von Spritzgießwerkzeugen

SkForm

Zielsetzung

© Foto Fraunhofer IWM

Ultrahydrophpobe Hybridschicht für die Formgebung von Polymeren.

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Nanostrukturierte funktionale Titan-Aluminium-Nitridschicht.

Ziel des Verbundprojekts war die Entwicklung eines schnellen variothermen Spritzgießverfahrens zur wirtschaftlichen Erzeugung funktionaler Oberflächen auf Polymermaterialien (»SkForm-Prozess«). Damit wurden hochwertige Komponenten, wie zum Beispiel Präzisionslinsen mit hoher optischer Transmission in einem einzigen Prozessschritt, d.h. ohne einen zusätzlichen aufwendigen und kostenintensiven Vergütungsschritt, bei kurzen Zykluszeiten hergestellt. Kern des Vorhabens war dabei die Entwicklung einer hochdynamischen Werkzeugtemperierung auf Basis von keramischen Hochleistungsheizern CPH (Ceramic Power Heater).

Der verfolgte Ansatz berücksichtigte die gesamte Prozesskette, angefangen mit dem Werkzeugbau, der Fertigung und Integration von CPH-Heizelementen für eine schnelle variotherme Temperiertechnik, eine Maschinensteuerung mit extrem kurzen Ansprechzeiten, die eine direkte Implementierung der neuen Temperiertechnik in die Maschinensteuerung ermöglicht, sowie nanostrukturierte und antiadhäsiven Beschichtungen für Spritzgießformenoberflächen. 

 

 

 

 

 

 

 

 

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Vorteile

© Foto Fraunhofer IWM

Thermografieaufnahme einer bauteilgerecht gesägten CPH-Heizkeramik.

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Bauteilgerecht gefertigte CPH-Heizkeramik.

Der »SkForm-Prozess« ermöglicht eine wesentlich höhere Temperaturdynamik, als dies bei konventionellen Spritzgießprozessen möglich ist. Dies führt zu einer hohen Wirtschaftlichkeit durch eine deutliche Verkürzung der Zykluszeiten im Prozess, insbesondere auch bei einer bisher nicht zu marktfähigen Preisen zu realisierenden Abformung von mikro- und nanostrukturierten Werkzeugoberflächen. CPH-Heizelemente können durch innovative Sägeverfahren anwendungsspezifisch bearbeitet und im Lötprozess zuverlässig elektrisch kontaktiert werden. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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Ergebnisse

© Foto Fraunhofer IWM

»SkForm«-Demonstratorlinse mit abgeformter funktionaler Nano-Struktur zur Entspiegelung (linke Seite). Zum Vergleich: unentspiegelte Linse (rechte Seite).

Im Rahmen des Projektes »SkForm« wurde eine hochdynamische Prozessführung auf Basis keramischer Widerstandsheizer in einer Pilot-Spritzgießanlage realisiert. Hierdurch wurde eine Reduktion der Zykluszeiten um bis zu 90 % gegenüber konventionellen Verfahren, sowie eine konturgetreue Abformung von optisch funktionalen Nanostrukturen mit nachgewiesener Entspiegelungswirkung erzielt.

Die Ergebnisse wurden als Weltneuheit erstmals auf der FAKUMA 2008 dem Fachpublikum präsentiert.

 

 

 

 

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Mögliche Anwendungen

Komponenten mit funktionalen mikro- und nanostrukturierten Oberflächen, z.B. Blu-ray Disc, durch Nanostrukturierung entspiegelte Komponenten, »easy-to-clean« Oberflächen, Mikrofluidikteile

Optische Komponenten, z.B. dickwandige Linsen, Präzisionsoptiken

Dünnwandige Bauteile mit hohen Fließwegen / Wanddickenverhältnissen

Schnelles Initiieren von Vernetzungsreaktionen in Duroplasten bei Überflutungsprozessen und bei der Elastomerverarbeitung

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Partner

Krauss Maffei Technologies GmbH
www.kraussmaffei.com

ESK Ceramics GmbH & Co. KG
www.esk.com

GWK Gesellschaft Wärme Kältetechnik mbH
www.gwk.com

Krallmann Holding + Verwaltungs GmbH
www.krallmann.de

Hochschule Heilbronn, Polymer-Institut Kunststofftechnik
www.kunststoffe.hs-heilbronn.de

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Publikationen

Burmeister, F.; Kohn, C.; Kuebler, R.; Kleer, G.; Bläsi, B.; Gombert, A.; Applications for TiAlN- and TiO2-coatings with nanoscale surface topography; Surface and Coatings Technology 200/5-6 (2005) 1555–1559 Link

Burmeister, F.; Schäffer, E.; Kleer, G.; Döll, W.; Bläsi, B.; Gombert, A.; Investigation of structured TiAlN- and TiO2-coatings with moth-eye like surface morphologies; Surface and Coatings Technology 200/1-4 (2005) 1088–1092 Link

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Dieses Forschungs- und Entwicklungsprojekt wurde mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmenkonzept »Forschung für die Produktion von morgen« gefördert (Förderkennzeichen 02PU2320 bis 02PU2325) und vom Projektträger Karlsruhe (PTKA) betreut.

Laufzeit: 1.4.2007 – 30.9.2010

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