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Die wichtigsten Innovationen im Spritzguss

by Julian Stopper

In den vergangenen Jahren sind die Ansprüche der Wirtschaft in allen Bereichen der Kunststofftechnik enorm gestiegen. Die Branchen Wehrtechnik, Automotive, Luftfahrt und Medizin setzen stetig neue Standards und agieren somit als Wachstums- und Innovationsbeschleuniger für die gesamte Industrie. Nicht zuletzt durch das steigende Umweltbewusstsein müssen Anforderungen wie Gewichtsreduktion, Umweltverträglichkeit und Recyclingfähigkeit bei gleichbleibenden mechanischen Eigenschaften erreicht werden.  

Das Spritzgussverfahren bietet ein umfangreiches Spektrum an Lösungen für die unterschiedlichsten Anwendungen. Innovationen in allen Bereichen, von der Materialentwicklung bis hin zur Automatisierung des Herstellungsprozesses sorgen laufend für eine Weiterentwicklung des Verfahrens. Immer mehr Anwendungsgebiete sorgen für einen rapide wachsenden Markt.

 Kleinserie WerkzeugbauAbbildung 1: geöffnetes Spritzgusswerkzeug auf einer Spritzgussmaschine

Inhaltsverzeichnis:
1. Technische Kunststoffbauteile als Alternative zu herkömmlichen Materialien
2. Größere Implementierung von verstärkten Kunststoffen 
3. Recycling als zusätzliches Glied der Wertschöpfungskette
4. Simulationssoftware sorgt für optimierte Werkzeugfertigung
5. Fazit

Technische Kunststoffbauteile als Alternative zu herkömmlichen Materialien

Gewichtsreduktion durch Verwendung von Kunststoffteilen jeglicher Art, wie es die Luftfahrtindustrie seit Jahren betreibt, ist auch im Bereich Automotive und Wehrtechnik ein wichtiger Faktor. Neue Gesetze und Richtlinien zwingen die Hersteller zur Erhöhung der Gesamtkraftstoffeffizienz aller verkauften Fahrzeuge. Verbesserte Materialeigenschaften führen zu immer vielfältigeren  Anwendungsmöglichkeiten und somit zu einem Anstieg an verbauten Kunststoffteilen in sämtlichen Branchen. Laut Herstellerangaben liegt der Gesamtanteil  an Kunststoffteilen in moderne Linienflugzeuge bei über 50%. Schätzungen zufolge ergibt sich aus 10% Gewichtsersparnis eine Reduktion des Kraftstoffverbrauchs um 5-7%, wodurch in den letzten Jahren enorme Treibstoffmengen eingespart werden konnten.

Der Anstieg an Kunststoffbauteile in der Automobilindustrie spricht eine eindeutige Sprache. Seit 2014 ist der Anteil an verbauten Kunststoffteilen um 60% gestiegen und dementsprechend groß ist auch die Nachfrage an technischen Kunststoffbauteilen.

Größere Implementierung von verstärkten Kunststoffen

Bekanntermaßen hohe Festigkeiten können durch die Verstärkung von Spritzgussteilen mit Fasern und Füllstoffen erreicht werden. Das verhältnismäßig geringe Gewicht bei guten mechanischen Eigenschaften ist die Stärke von Spritzgussverbundmaterialien.

Neben dieser hervorragenden Eigenschaft, gibt es noch unzählige andere Anwendungsgebiete, in welche der Einsatz von faserverstärkten Materialien sinnvoll und innovativ ist. Elektromagnetische Abschirmung von technischen Geräten ist in vielen Branchen unerlässlich und durch die Zugabe von Stahlfasern im Spritzguss realisierbar. Mit entsprechend hohen prozentuellen Volumenanteilen an Stahlfasern kann der grundsätzlich isolierende Ausgangsstoff leitfähig gemacht werden. Diese Eigenschaft ermöglicht bis dato ungeahnte Anwendungsgebiete und wird in Zukunft immer mehr an Bedeutung gewinnen.

Im Bereich der Nanofüllstoffe sehen viele das womöglich größte Potential, wenn es um zukünftige High-Tech-Materialien geht. Derzeit ist die Verwendung derartiger Füllstoffe fast ausschließlich in der Forschung sinnvoll, da die Preise zu hoch für eine Serienproduktion sind.

pa gf kunststoffAbbildung 2: 2K-Bauteil aus verstärkten Polyamid (PA GF) mit aufgespritzter Weichkomponente (TPE) für Hochtemperaturanwendungen

Recycling als zusätzliches Glied der Wertschöpfungskette

Längst steckt hinter dem Recyclinggedanken mehr als nur das Bedürfnis, der Umwelt etwas Gutes zu tun. In der Massenproduktion, vor allem im Spritzguss, lassen sich sortenrein getrennte Kunststoffabfälle fast uneingeschränkt wiederverwenden und damit erhebliche Kosten sparen. Bedenkt man, dass nicht nur weniger neues Kunststoffgranulat verwendet werden muss, sondern auch die Entsorgungskosten für den Abfall wegfallen, wird klar, wie wirtschaftlich Recycling ist.

Aber auch die Verwendung umweltverträglicher Materialien gewinnt immer mehr an Bedeutung und darf keinesfalls unbeachtet gelassen werden. Diese Innovationen gänzlich zu vernachlässigen, könnte in den nächsten Jahren dazu führen, das etablierte Hersteller ins Hintertreffen geraten und den Anforderungen der Zeit nicht mehr gerecht werden können. 

BIO KunststoffAbbildung 3: Granulat aus recyceltem Kunststoff

Simulationssoftwares sorgen für optimierte Werkzeugfertigung

Die Entwicklung neuer Bauteile ist in der Regel enorm kosten- und zeitintensiv. Die Fertigung von Prototypen kann in der Entwicklung aufwendige Änderungsschleifen verhindern und wichtige Erkenntnisse für die Serienfertigung liefern.

Erkenntnisse aus der Prototypenfertigung in Kombination mit den neuesten Simulationsprogrammen ermöglichen präzise Vorhersagen über die Qualität der Serienteile noch vor dem Produktionsstart. Detaillierte Informationen über das Fließverhalten der Kunststoffmasse im Werkzeug lassen sich ebenso gut berechnen, wie prozesstechnische Parameter wie Füllzeit, benötigte Werkzeug und Formmassentemperatur etc. Dementsprechende konstruktive Optimierungsschritte können noch vor der ersten Bemusterung durchgeführt werden. Simulationen gewinnen mit steigenden optischen Bauteilanforderungen mehr und mehr an Gewicht. Computerunterstützte Bauteilanalysen können bei der Beurteilung der Herstellbarkeit helfen und zeigen dem Konstrukteur detailliert konstruktive Probleme oder fehlende Entformschrägen auf.

Moldflow-AnalyseAbbildung 4: Füllsimulation eines Kunststoff Formteil (MoldFlow-Analyse) 

Fazit

Die Kunststoffindustrie bestätigt Ihren Vormarsch in allen Branchen mit laufend neuen Innovationen und Lösungen, um den hohen Anforderungen der Wirtschaft auch in Zukunft gerecht werden zu können. Nur jene Hersteller, die sich jetzt mit dieser Thematik auseinandersetzten, werden auch langfristig gesehen in dieser schnell wachsenden Industrie Fuß fassen können. Als Komplettanbieter im Bereich Kunststofftechnik für Prototypen und Kleinserien kann Sie die Hintsteiner Group in allen Bereichen unterstützen und bietet Ihnen Lösungen, die den Anforderungen der aktuellen Zeit entsprechen.

kunststofftechnik spritzguss

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