SkForm: Funktionale Schichten und hochdynamische Temperiertechnik
Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM
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»SkForm«: Mit Funktionalen Schichten und hochdynamischer Temperiertechnik zum wirtschaftlichen Spritzgießprozess.
- Ziele und Ansatz
- Vorteile
- Ergebnisse
Ziele und Ansatz

- Ultrahydrophpobe Hybridschicht für die Formgebung von Polymeren.
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.
Der verfolgte Ansatz berücksichtigt die gesamte Prozesskette, angefangen mit dem Werkzeugbau, nanostrukturierten und antiadhäsiven Beschichtungen für Formenoberflächen, der Fertigung von CPH-Heizelementen für eine schnelle variotherme Temperiertechnik sowie einer Maschinensteuerung mit extrem kurzen Ansprechzeiten, die eine direkte Implementierung der neuen Temperiertechnik in die Maschinesteuerung ermöglicht.

- Nanostrukturierte funktionale Titan-Aluminium-Nitridschicht.
Vorteile

- Thermografieaufnahme einer bauteilgerecht gesägten 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.

- Bauteilgerecht gefertigte CPH-Heizkeramik.
Die Beschichtung der Oberfläche der Formwerkzeuge mit Hartstoffschichten mittels reaktiver Hochfrequenz-Sputterprozesse gewährleistet eine Standzeiterhöhung der Formwerkzeugoberfläche und eine verbesserte Entformung der Spritzlinge.
Ergebnisse

- »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.

- Finite-Elemente-Simulation der beim Enthaftungsprozess auftretenden mechanischen Spannungen und der dabei benötigten Kräfte.
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
Projektpartner
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
Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM
Kontakt zum Projekt: E-Mail
www.iwm.fraunhofer.de
Hochschule Heilbronn, Polymer-Institut Kunststofftechnik
www.kunststoffe.hs-heilbronn.de
Förderung
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.
1.4.2007 – 30.9.2010
Krauss Maffei Technologies GmbH
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