Oberflächentechnik 16. Jan 2020 Von Stefan Asche

Besser Entformen nach dem Spritzgießen

Um Formteile leichter aus Spritzgießwerkzeugen entfernen zu können, haben Wissenschaftler eine Beschichtung für Werkzeugeinsätze mittels Sol-Gel-Technologie realisiert.

Spritzgießteile lassen sich leichter entformen, wenn dieForm beschichtet wurde.
Foto: Protolabs

Um Formteile leichter aus Spritzgießwerkzeugen entfernen zu können, haben Wissenschaftler der Industrieforschungseinrichtung Innovent eine Beschichtung für Werkzeugeinsätze mittels Sol-Gel-Technologie realisiert, die sich sogar bei bereits eingebauten Teilen anwenden lässt. Durch den Einsatz derartig beschichteter Werkzeugeinsätze lassen sich die Produktivität und die Werkzeugstandzeit steigern sowie Ausschussraten und Energiekosten senken.

Möglichkeiten der Sol-Gel-Technik

Der Sol-Gel-Prozess ist ein Verfahren zur Herstellung nichtmetallischer anorganischer oder hybridpolymerer Materialien aus kolloidalen Dispersionen, den sogenannten Solen (abgeleitet vom englischen solution – Lösung). Die gelösten Ausgangsmaterialien werden auch als Präkursoren bezeichnet. Aus ihnen entstehen in ersten Grundreaktionen feinste Teilchen. Durch eine spezielle Weiterverarbeitung der Sole lassen sich daraus Pulver, Fasern, Schichten oder Aerogele erzeugen. Beschichtet werden können verschiedensten Substratmaterialien, z. B. Glas und Metall, aber auch temperaturempfindliche Werkstoffe wie Polymere oder Textilien.

Durch die Vielfalt an möglichen Precursoren, Zusätzen (z. B. Gleitadditive und Nanopartikel) sowie über eine definierte Einstellung der Reaktionsbedingungen ist eine breite Palette an Schichteigenschaften zugänglich. Über einen Auftrag der Sole mittels Sprühdüse können somit anwendungsnah Beschichtungen auf Werkzeugeinsätze aufgebracht werden, ohne diese aus deren Halterung ausbauen zu müssen. Eine Integration des Beschichtungsvorgangs in den Reinigungszyklus der Werkzeuge (wobei diese ohnehin ausgebaut werden) ist allerdings ebenso möglich.

Anwendungsnahe Ermittlung der Entformungskraft

Für die Beschichtung von Werkzeugen und deren Komponenten stehen mehrere stabile Sole zur Verfügung, aus denen haftfeste sowie trennaktive Schichten generiert werden können. Diese lassen sich im Bedarfsfall über ein eigens ausgearbeitetes Regime auch wieder von diesen entfernen. Mittels angepasster Schichtanalytik kann eine Überwachung des Zustands der Beschichtung ebenfalls am eingebauten Werkzeug erfolgen.

Um eine Abformung unter Realbedingungen untersuchen zu können, wurde ein spezielles Testwerkzeug genutzt. Dieses verfügt über einen Kraftsensor, der in das Auswerferpaket integriert ist. Dadurch wird es möglich, die benötigte Entformungskraft zu ermitteln.

Effektivität der Sol-Gel-Beschichtungen

Mit den beschichteten Werkzeugeinsätzen ließ sich die benötigte Entformungskraft generell deutlich reduzieren (durchschnittlich um 40 %). Dieser Effekt fiel jedoch abhängig von der eingesetzten Formmasse sowie der Rauheit der Substratoberfläche sehr unterschiedlich aus. Für Formteile aus Polyamid ergab sich dabei das höchste Potenzial. Die Entformungskraft konnte auf vergleichsweise glatten Einsätzen (Rz = 3,5 µm) um bis zu 60 % mit dieser Formmasse vermindert werden.

Durch eine Reduzierung der Entformungskraft sowie daraus resultierend der Zykluszeit und des Energiebedarfs ergaben sich ebenso signifikante wirtschaftliche Effekte. Dies beinhaltet sowohl eine Steigerung der Produktivität (höherer Durchsatz) und der Werkzeugstandzeit als auch eine Senkung der Ausschussrate und der Energiekosten.

Über Innovent

Die Industrieforschungseinrichtung Innovent e. V. analysiert, forscht und entwickelt seit über 25 Jahren in den Bereichen Oberflächentechnik, Primer und chemische Oberflächen, Magnetisch-Optische Systeme, Biomaterialen und Analytik. Das Institut aus Jena beschäftigt etwa 130 Mitarbeiter, leitet verschiedene Netzwerke und führt bundesweit Fachtagungen durch.

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