RIM Verfahren

Einer der größten Vorteile des Niederdruckspritzgieß-RIM-Verfahrens ist die Möglichkeit, sehr große Formteile in hoher Qualität herzustellen. Dabei gibt es kaum eine Größenbeschränkung. Dies ist vor allem der niedrigen Viskosität zu verdanken, aus der größere Fließwege resultieren. Mit dem RIM-Verfahren können sowohl dünnwandige als auch komplexe und große Bauteile in bester Qualität produziert werden. Häufig kommt das Verfahren deshalb bei der Herstellung von Komponenten mit einer Größe von 100 bis 2000 mm zum Einsatz.

Im Vergleich zum herkömmlichen Spritzgießen überzeugt das RIM-Verfahren beim Werkzeugbau mit einem sehr viel geringeren Aufwand und damit einhergehenden geringen Investitionskosten. Zwar kann das normale Spritzgießen durch den Einsatz von Stammformen und Einsätzen in der Fertigung von Prototypen und Kleinserien verhältnismäßig ressourcenschonend eingesetzt werden. Die beim Spritzgussverfahren zum Einsatz kommenden Aluminium- und Stahlwerkzeuge sind jedoch wesentlich teurer als Polymerbeton und Kunststoff, die beim Reaction Injection Moulding-Verfahren eingesetzt werden.

Bei den Begriffen Kunststoffspritzguss und Reaktionsspritzguss kommt es selbst unter erfahrenen Ingenieuren des Öfteren zu Missverständnissen. Mit dem Wort Reaktion wird jedoch bereits signalisiert, dass zwischen den beiden Verfahren große und wichtige Unterschiede bestehen.

Da es sich beim Reaction Injection Moulding-Verfahren um einen Reaktionsprozess handelt, bei dem eine chemische Reaktion stattfindet, kann man hierbei von einem Herstellungsverfahren sprechen. Unmittelbar vor der Verarbeitung wird der Kunststoff über eine chemische Reaktion erzeugt. Bei der Polyaddition reagieren Polyol und Isocyanat zu Polyurethan. Während der chemischen Reaktionen dehnen sich die Polymere aus und verdicken sich. Erst nachdem die Masse in das erhitzte Werkzeug eingespritzt wird, härtet sie aus. Dadurch wird die Produktion komplizierterer Konstruktionen als beim herkömmlichen Spritzgießen möglich.

Der erste Schritt bei der Entstehung des mit dem RIM-Verfahren hergestellten Formteils ist die Vermischung der beiden Komponenten Polyol und Isocyanat. In separaten Kreisläufen werden die zwei Bestandteile in der RIM-Anlage durch Dosierzylinder und Pumpen befördert. Ist noch keine Vermischung erfolgt, werden die Komponenten in einem Kreislauf zurück in den Materialbehälter befördert. Soll ein Formteil hergestellt werden, zieht sich der Steuerkolben des Mischkopfs zurück, wodurch die beiden Bestandteile unter großem Druck aufeinander treffen.

Durch die Vermischung der beiden Komponenten kommt es zu einer chemischen Reaktion, bei der Polyurethan entsteht. Da die beiden, miteinander reagierenden Teile eine sehr hohe Reaktivität aufweisen, werden als RIM-Anlagen vor allem Hochdruck-Dosiermaschinen verwendet. Die beiden Komponenten werden also unter sehr hohem Druck miteinander vermengt. Der enorme Druckaufbau für die Vermischung erfolgt im Mischkopf über eine Kombination aus Düsen und Nadeln, wobei für jede der zwei Komponenten jeweils eine Düse und eine Nadel im Mischkopf vorhanden ist. Der benötigte Druck kann über den Durchmesser der Düsenöffnung und die Stellung der Nadel eingestellt werden. Bei der Justierung müssen zudem die Viskosität und die Fördermenge berücksichtigt werden.

Nach der Vermischung erfolgt die Injektion in das Werkzeug beziehungsweise in die Form.

Durch den Nachmischer gelangt das entstandene Polyurethan direkt in das Werkzeug beziehungsweise in die Form, wodurch die Eigenschaften der Mischung erhalten bleiben. Das Werkzeug ist dabei in einer Presse verbaut, die das Werkzeug trotz hohem Forminnendruck zuhält. Der Forminnendruck entsteht beim Einspritzen der Masse in das Werkzeug, in dem das Bauteil entsteht.

Da die flüssige Masse einen geringeren Druck und eine geringere Temperatur erfordern als beim herkömmlichen Spritzgießen, reichen verhältnismäßig kostengünstige Werkzeuge aus Aluminium oder Polymerbeton vollkommen aus. Die Formen werden mäßig erhitzt, während die exotherme Reaktion dazu führt, dass sich die Masse innerhalb kurzer Zeit auf etwa 325°C erhitzt. Dies wiederum führt zu einer sehr schnellen Aushärtung der Masse.

Je nach Größe, Wandstärke, Funktion und Geometrie variiert die Zeit für die Aushärtung zwischen unter einer Minute bis zu mehreren Minuten. Ist die Aushärtung abgeschlossen, kann das fertige Bauteil aus dem Werkzeug entnommen werden.

Bevor die Bauteile gefertigt werden, muss zunächst das passende Werkzeug hergestellt werden. Bei geringen Stückzahlen wird üblicherweise ein Polymerbeton Werkzeug (PB) erstellt.

Hierfür wird zunächst die Hälfte der gewünschten Form in einen aus Ureol bestehenden Formwerkstoff gefräst. Eine andere Möglichkeit wäre ein bestehendes Urmodell bzw. Mastermodell (Fräsen oder 3D Druck) zu erstellen und anschließend Formschlüssig zu unterbauen.

Anschließend geht es an die Herstellung der Werkzeughälfte. Dafür wird die das Urmodell in mehreren Durchgängen mit einem Epoxidharz bestrichen, woraufhin die Form mit einem Rahmen aus beschichteten Platten (Spanplatten oder Kunststoffplatten) umbaut wird. Jetzt wird die Form mit einem Aluminiumgrieß oder Quarzsand hinterfüllt, wodurch die nötige Druckfestigkeit des Werkzeugs erreicht wird.

Durch Aufstampfen (Verdichten) des Füllstoffs erfolgt die Hinterfüllung, welche als Kunstharzform die zweite Werkzeughälfte bildet. Im Anschluss wird die erste Werkzeughälfte frästechnisch nachbearbeitet. Dabei wird die Kontur nachgefräst und die gewünschte Wandstärke festgelegt. Bei Erstellung eines beidseitigen massiven Werkzeuges wird nach Fertigstellung der ersten Werkzeughälfte auch die zweite identisch aufgebaut. Durch die Einarbeitung von Losteilen werden zudem Hinterschnitte realisiert. Losteile und auch Schieber können entweder aus Aluminium gefräst werden oder mittels Polyurethan Harz abgegossen werden.

Das RIM-Verfahren ist optimal zur Herstellung von großen Bauteilen geeignet, die sowohl höchsten ästhetischen als auch funktionalen Ansprüchen genügen sollen. Einige Beispiele für Produkte und Einsatzmöglichkeiten von RIM sind:

Motorsport-Teile
Verkleidungsteile
Stoßfänger
Heckspoiler
Gehäuse
Sitze
Joysticks
Armlehnen
Heckspoiler
Innenverkleidung