innotool - Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie
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innotool - Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie
FRAUNHOFER-INSTITUT FÜR PRODUKTIONSTECHNOLOGIE IPT INNOTOOL – INNOVATIVE LASERBEARBEITUNG VON SPRITZGIESSWERKZEUGEN Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT Das Projekt Das Fraunhofer IPT startete 2012 gemeinsam mit der ModellTechnik Rapid Pro- Steinbachstraße 17 Kunststoffprodukte spielen im Alltag eine totyping GmbH das KMU-innovativ-Projekt 52074 Aachen wichtige Rolle – ein Leben ohne Zahnbürste »InnoTool« (Förderkennzeichen 02PK2246), Germany oder Fernbedienung ist heute undenkbar. das im Rahmenkonzept »Forschung für die Solche Kunststoffprodukte werden im Produktion von morgen« durch das Bun- Spritzgießverfahren in großen Stückzahlen desministerium für Bildung und Forschung kostengünstig hergestellt. Dazu dienen (BMBF) gefördert wird. Ansprechpartner/Contact Dipl.-Ing. Daniel Heinen Spritzgießformen, die in der Regel aus Telefon/Phone +49 241 8904-443 hochfestem und verschleißbeständigem Ziel des Projekts ist es, den Werkstoff [email protected] Stahl bestehen. Mit diesen Stahlformen Stahl zum Aufbau von Kunststoffspritz- lassen sich mehrere hunderttausend gießwerkzeugen und -formen für die Dipl.-Ing. Kai Winands Kunststoffteile herstellen, ohne dass die Kleinserienfertigung hochwertiger Telefon/Phone +49 241 8904-421 Form verschleißt. Jedoch ist ihre Herstel- Kunststoffbauteile durch Aluminium zu [email protected] lung aus Stahl aufwändig, material- und ersetzen. Die Projektpartner entwickeln kostenintensiv. Den Werkzeugstahl durch dazu eine Prozesskette, mit der die Aluminium zu ersetzen war bisher kaum Aluminiumwerkzeuge und -formeinsätze praktikabel. Zwar lässt sich Aluminium un- durch eine kombinierte Laseroberflächen- ter geringerem Energieeinsatz bearbeiten, bearbeitung so modifiziert werden, dass ist aber dafür aufgrund der geringeren sich ihr Standzeitverhalten verbessert. www.ipt.fraunhofer.de Härte aber auch weniger beständig gegenüber Verschleiß. Lösungsansätze Der größte Nachteil von Aluminiumlegierungen im Vergleich zu Stahlwerkstoffen INNOTOOL – INNOVATIVE LASER SURFACE TREATMENT OF INJECTION MOLDS ist die geringere Verschleißbeständigkeit. Daher sollen in diesem Projekt die Bereiche der Aluminiumwerkzeuge und -formen, The project manufacture injection molding tools and dies for small batch manufacture of die extremen Verschleiß unterliegen, technologisch so ausgelegt werden, dass Products containing plastics in some premium-quality plastic parts. For this the sie nicht nur für die Prototypenfertigung form have taken on an important role in project partners develop a process chain sondern auch in der Kleinserie eingesetzt everyday life – the notion of living without to modify the Aluminum molds and inserts werden können. a toothbrush or a remote control has by a combined laser surface treatment to become inconceivable. Such products are achieve prolong lifetimes. Die Partner im Projekt erarbeiten dafür eine manufactured cost-efficiently in large lot Prozesskette mit kombinierter Laserober- sizes by injection molding. These injection flächenbearbeitung: Durch Laserlegieren/ molds are generally made of high strength -dispergieren wird eine Verschleißschutz- or wear resistant steels. With these molds schicht durch Einbringen hochfester several hundred thousand parts are The most important disadvantage of Partikel, die dem abrasiven Verschleiß produced without any wear appearance Aluminum alloys compared to steels is the entgegenwirken, erzeugt. Funktionale at the mold. However, the manufacturing low wear resistance. Therefore the areas of Mikrostrukturen, die durch Laserstrahl- of the molds made of steel is costly and injection molds subjected to extreme loads strukturieren in die Oberflächen der Werk- complex. The substitution of the working shall be technologically designed not just zeugkomponenten eingebracht werden, steel by Aluminum has not been feasible so for the manufacturing of prototypes but as reduzieren zusätzlich die Reibung während far. Indeed the machining of Aluminum is well as for small lot sizes. des Spritzgießvorgangs. Im Gegensatz possible with a lower energy input, but due zu konventionellen Strukturierverfahren to the low hardness the wear resistance is For this the project partners acquire a pro- gelingt es durch das Laserstrahlstruktu- not adequate. cess chain of combined laser surface treat- Approach ment: Using the laser alloying/dispersing rieren, die laserlegierten/-dispergierten Formeinsätze ohne Einschränkungen durch Fraunhofer IPT started in 2012 together process a wear protection layer at the rim die zuvor lokal durchgeführten Werkstoff- with ModellTechnik Rapid Prototyping zone by inserting high-strength particles modifikationen mit Designstrukturen zu GmbH the SME-innovative project is achievable. Functional microstructures, versehen. “InnoTool” (contract no. 02PK2246), inserted by laser structuring in the surfaces within the frame concept “Forschung für of the molds reduce additionally the friction die Produktion von morgen”, which is during die casting process. In contrast to funded by the German Federal Ministry of conventional structuring processes it is also Education and Research (BMBF). possible to add design structures without Projektpartner/Project partners limitation at the laser alloyed/dispersed – ModellTechnik Rapid Prototyping GmbH – Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT The aim of the project is to substitute aluminum for steel as the material used to surfaces.