Arburg macht komplexen Spritzgießprozess berechenbar

Arburg integriert die Füllsimulation in die Gestica-Steuerung der Allrounder-Spritzgießmaschinen.

Wie dieses Feature prinzipiell aussehen wird, hat das Unternehmen bereits auf der Fakuma 2018 gezeigt. Im Rahmen der Technologie-Tage im März 2019 wurde die nächste Entwicklungsstufe präsentiert: die Darstellung der Füllsimulation direkt am produzierenden Allrounder. Bei diesem anspruchsvollen und komplexen Projekt kooperiert Arburg mit dem Simulations-Experten Simcon, der über langjährige Erfahrung im Spritzgießsektor verfügt.

„Schon bei der Entwicklung der Gestica war unser Ziel, mehr Bedienassistenz in die Steuerung zu bringen“, erläutert Dr. Eberhard Duffner, Bereichsleiter Entwicklung bei Arburg. „Unser Assistenzpaket ‚4.set-up‘ unterstützt den Einrichter bereits aktiv beim Rüsten und der Eingabe von Parametern. Die integrierte Füllsimulation geht jedoch deutlich weiter. Die Maschine wird damit noch ‚smarter‘, denn sie kennt das Teil, das sie produzieren soll.“

Auf der Suche nach einem Partner fiel die Wahl auf das Unternehmen Simcon aus Würselen (Deutschland), da man schon bei anderen Projekten zusammengearbeitet hatte. Als Experte für Simulationen kennt Simcon die aktuelle Situation der Werkzeugauslegung, die Geschäftsführer Dr.-Ing. Paul F. Filz beschreibt: „Derzeit gibt es quasi zwei voneinander unabhängige Welten: Werkzeugbau und Spritzerei. In der Werkzeugkonstruktion gehören Füllsimulationen mittlerweile zum Standard. Deren Daten können für den Spritzgießprozess jedoch nicht genutzt werden.“

„Herausforderung ist das Material, dessen Eigenschaften sich im Laufe des Umformprozesses verändern. Demzufolge wird die Frage der optimalen Werkzeugfüllung von Experten seit langem vielschichtig diskutiert“, weiß Dr. Duffner aus Erfahrung. So sei es im Grund schon lange ein Bedürfnis, Simulationen aus dem Werkzeugbau mit der Maschine zu koppeln. „Mit der in die Gestica-Steuerung integrierten Füllsimulation bringen wir nun die beiden Welten zusammen. Daraus resultieren Vorteile in Sachen Rüstzeit, Sicherheit und Effizienz“, so der Entwicklungsleiter.

Um den Spitzgießprozess optimal einzustellen, ist sehr viel Know-how seitens der Einrichter erforderlich, da nur das Material und dessen Verarbeitungstemperatur sowie das erforderliche Dosiervolumen bekannt sind. Die anspruchsvolle Aufgabe lautet nun, das Werkzeug optimal zu füllen.

Über das Einspritzprofil lassen sich die Fließlinien der Kunststoffschmelze beeinflussen. Allerdings weiß der Einrichter, wenn er eine bestimmte Änderung des Schneckenwegs bzw. Dosiervolumens vornimmt, nicht, bei welcher Geometrie in der Kavität sich die Fließfront gerade befindet. Da zudem Überspritzungen viel Zeit kosten, um das Teil aus dem Werkzeug „bergmännisch abzubauen“, gilt es, diese zu vermeiden. Hier ist heute die langjährige Erfahrung des Einrichters gefragt. Zukünftige Assistenzsysteme, wie z. B. das integrierte Modell aus der Füllsimulation, werden den Maschinebediener verstärkt interaktiv und grafisch unterstützen.

Die Aufgabe, die Füllsimulation mit der Spitzgießrealität in eine Korrelation zu bringen, ist sehr anspruchsvoll. Um die Fließfront korrekt abzubilden, sind Rechenmodelle und Algorithmen erforderlich, die z. B. auch das Verhalten von Schnecke und Rückstromsperre sowie die Kompressibilität des Werkstoffs berücksichtigen.

Hierfür haben Arburg und Simcon ihre Kompetenzen gebündelt und auf den Technologie-Tagen 2019 bereits die Synchronisation der Schneckenbewegung mit dem berechneten Simulationsmodell direkt auf der Maschine gezeigt. Dabei wird das Füllbild des zu produzierenden Bauteils auf der Oberfläche der Gestica-Steuerung angezeigt und die Abhängigkeit des Füllgrads zum Schneckenweg visualisiert.

Hiervon profitieren auch die Experten unter den Einrichtern, indem sie wertvolle Zeit sparen. Sie müssen keine Spritzkurven-Diagramme mehr interpretieren, sondern können die Fließfront in der 3D-Darstellung der Kavität anschauen.

jl