3D-Druck revolutioniert Partikelschaum-Verarbeitung

Schneller, effizienter und energiesparender wird die Partikelschaum-Verarbeitung, wenn die Werkzeuge nicht mehr traditionell hergestellt, sondern 3D-gedruckt werden.

Nach Überzeugung der TU Hamburg und der anderen Projektpartner des BMWi geförderten Forschungsprojekts "LaEPPFo" (Laseradditiv hergestelltes EPP Formwerkzeug) steht die klassische Partikelschaum-Verarbeitung vor einer Revolution. Angetrieben wird sie von den schier endlosen Möglichkeiten des 3D-Drucks. Denn Dank der Additiven Fertigung von Metallen können komplett neue Werkzeugkonzepte erdacht und gebaut werden. Dem Institut für Laser- und Anlagesystemtechnik der TU Hamburg, dem Werkzeugbauer Hofmann und dem Partikelschaum-Verarbeiter WSVK ist es gemeinsam gelungen, unter Einhaltung von wirtschaftlichen und technologischen Anforderungen einen 3D-gedruckten Formeinsatz zu bauen, der deutliche Vorteile gegenüber klassischen Partikelschaum-Werkzeugen hat.

Wo traditionelle Partikelschaum-Werkzeuge hinsichtlich Designfreiheit durch spanende Fertigungsverfahren limitiert sind, ermöglicht das Laserschmelzverfahren komplett neue Geometrien. Diese Gestaltungsfreiheit schlägt sich direkt im Anwendernutzen und der Bauteilqualität nieder. Da die Werkzeugeinsätze hinsichtlich ihrer Festigkeit simulativ ausgelegt und optimiert werden können, kann die Masse erheblich reduziert werden, was auch die thermische Kapazität deutlich minimiert. Die so besonders dünn ausgeführte Kavität mit etwa 1 mm Wandstärke erlaubt somit kürzere Zykluszeiten bei geringerem Energieverbrauch, welcher hauptsächlich durch Erwärmung und Abkühlung des Werkzeuges bestimmt ist.

Die Düsenelemente zur Bedampfung können ebenfalls simulativ ausgelegt und frei platziert oder gar in der Oberflächenstruktur integriert werden. Somit ist eine homogene Bedampfung des Artikels gewährleistet, was sowohl die optischen als auch mechanischen Eigenschaften des Bauteils aus Partikelschaum verbessert. Zum Vergleich: Bei konventionell gefertigten Einsätzen werden die Düsen vornehmlich in die Wandung eingeschlagen oder gebohrt, was gerade bei Kavitäten mit anspruchsvollerer Geometrie dazu führt, dass der Formeinsatz nicht gleichmäßig bedampft werden kann.

Da auch die Fertigungstoleranzen der Additiven Fertigung für diese Anwendung ausreichend sind, entfallen diverse Arbeitsschritte, die für die heute übliche spanende Fertigung der Einsätze nötig sind, inklusive Nacharbeit. Selbst Oberflächenstrukturen und frei positionierbare Dampfdüsen bedürfen keiner Nacharbeit und können direkt im CAD definiert werden. Hinzu kommt auch, dass die Fertigungskosten mit zunehmender Komplexität nahezu konstant bleiben, was selbst filigrane und facettenreiche Gestaltungen wirtschaftlich realisieren lässt.

Auch die Herstellung des Werkzeugs aus Edelstahl statt Alu bringt deutliche Vorteile. Die Verschleißfestigkeit der Einsätze wird so enorm gesteigert, Glanzstellen während der Bauteilfertigung werden verhindert und eine Beschädigung durch eine mechanische Reinigung wird vermieden.

Wie die Projektpartner betonen, bietet der gemeinschaftlich entwickelte Werkzeugeinsatz schon jetzt völlig neue Herangehensweisen für die Partikelschaum-Verarbeitung und enorme Vorteile entlang der gesamten Prozesskette. Dennoch werden bereits weitere Entwicklungen verfolgt. So wird ein Wegfall der Dampfkammer angestrebt, um den Energieverbrauch weiter drastisch zu senken um bei steigenden Energiekosten eine konkurrenzfähige Fertigung von Bauteilen aus Partikelschaumstoff zu ermöglichen.

Einen Eindruck von den Möglichkeiten können sich die Besucher der Messe Formnext 2017 am Stand des Laserzentrum Nord verschaffen.

gk