DE102018214854A1 - Process for the production of plastic tools and plastic molded parts - Google Patents

Process for the production of plastic tools and plastic molded parts Download PDF

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoff-Werkzeugs offenbart mit den Schritten:- Additive Fertigung des Kunststoff-Werkzeugs mittels eines Flüssigmaterialverfahrens; und- Strahlvernetzung des Kunststoff-Werkzeugs.A method for producing a plastic tool is disclosed, comprising the following steps: additive manufacturing of the plastic tool by means of a liquid material process; and- beam crosslinking of the plastic tool.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kunststoff-Werkzeugen und Kunststoff-Formteilen.The invention relates to a method for producing plastic tools and plastic molded parts.

Kunststoffe zählen zu den wichtigsten technischen Werkstoffen unserer heutigen Zeit. Kunststoffbauteile lassen sich problemlos über konventionelle Verfahren wie Spritzgießen, Extrudieren oder Pressen in hoher Stückzahl herstellen. Die Designgebung von Kunststoffteile erfolgt üblicherweise durch sogenannte Kunststoff-Werkzeuge. Wesentliche und wichtige Anforderungen an diese Kunststoff-Werkzeuge sind neben Detail- und Kontur-Treue, Stabilität sowie Härte und Festigkeit.Plastics are one of the most important technical materials of our time. Plastic components can be easily manufactured in large numbers using conventional processes such as injection molding, extrusion or pressing. Plastic parts are usually designed using so-called plastic tools. In addition to faithfulness to detail and contours, stability, hardness and strength are essential and important requirements for these plastic tools.

Zwar sind die konventionellen Verfahren für die Gross-Serienfertigung technisch und ökonomisch ausgereift, etwaige Investmentkosten wie etwa Kunststoff-Werkzeuge sind aufgrund der hohen Stückzahlen zu vernachlässigen und verteilen sich auf die einzelnen Bauteile.Although the conventional processes for large-scale series production are technically and economically mature, any investment costs such as plastic tools are negligible due to the high number of items and are distributed among the individual components.

Für Kleinserien und Muster-Fertigungen sind die konventionellen Kunststofffertigungsverfahren ungünstig aufgrund der hohen Kunststoff-Werkzeugkosten und langen Fertigungszeiten, beispielsweise durch die spanende Bearbeitung. Bei der Produktentwicklung und Designvalidierung sind etwa kunststoffbasierte Muster aus Thermoplast oder Duroplast unabdingbar, um unter anderem die Machbarkeit und Umsetzung zu prüfen. Die Verfügbarkeit solcher Design- und Funktionsmuster beeinflussen den Entwicklungsprozess entscheidend. Der Entwicklungsprozess wird somit primär durch die Herstellungszeit des konventionellen Kunststoff-Werkzeugs beeinflusst.For small series and sample production, the conventional plastic manufacturing processes are unfavorable due to the high plastic tool costs and long production times, for example due to machining. For product development and design validation, for example, plastic-based samples made of thermoplastic or duroplastic are indispensable in order to check the feasibility and implementation, among other things. The availability of such design and functional samples has a decisive influence on the development process. The development process is therefore primarily influenced by the manufacturing time of the conventional plastic tool.

Für die Beschaffung von Kunststoffmustern und Kleinserien ergeben sich somit als Herausforderung zum einen die Reduzierung der Fertigungszeiten für Kunststoff-Werkzeuge bzw. - einsätze und zum anderen die Reduzierung der Kunststoff-Werkzeugkosten.For the procurement of plastic samples and small series, the challenge is to reduce the production times for plastic tools and inserts on the one hand and to reduce the plastic tool costs on the other.

Kleinserien und Muster werden heute üblicherweise in der Musterfertigung durch konventionelle Verfahren bzw. mittels Prototypenwerkzeuge produziert. In der Regel werden die Prototypenwerkzeuge aus Aluminium hergestellt. Dadurch kann zwar die Herstellungsdauer im Vergleich zu den konventionellen Kunststoff-Werkzeugen aus Stahl reduziert werden, aber der Entwicklungsprozess ist deutlich zu lang. Als weiteren Nachteil ist die schlechte Oberflächengüte zu nennen, wodurch manch feine Konturen und Designs nicht abgebildet werden.Small series and samples are usually produced today in sample production using conventional processes or prototype tools. As a rule, the prototype tools are made of aluminum. This can reduce the manufacturing time compared to conventional plastic tools made of steel, but the development process is clearly too long. Another disadvantage is the poor surface quality, which means that some fine contours and designs are not reproduced.

Neben den konventionellen formgebenden Verfahren kommen immer mehr additiv gefertigte Muster zum Einsatz. Diese erlauben die Herstellung der Muster in einem einzelnen Verfahrensschritt. Hierbei werden die Muster direkt über einen 3D-Drucker additiv aufgebaut. Dadurch reduzieren sich die Beschaffungszeiten deutlich. Ein großer Nachteil ist, dass sich nicht alle Kunststofftypen, insbesondere verstärkte Duroplaste, über den 3D-Druck abbilden lassen oder verfügbar sind. Dies bedeutet, dass sich die Originalmaterialien oder der gewünschte Werkstoff in den wenigsten Fällen über ein 3D-Verfahren verarbeiten lassen.In addition to the conventional shaping processes, more and more additively manufactured patterns are being used. These allow the production of the samples in a single process step. Here, the patterns are built up additively using a 3D printer. This significantly reduces procurement times. A major disadvantage is that not all types of plastic, in particular reinforced thermosets, can be imaged or available using 3D printing. This means that the original materials or the desired material can rarely be processed using a 3D process.

Durch die additive Fertigung können Teile wie Einsätze oder auch ganze Kunststoff-Werkzeuge in einer relativ kurzen Zeit hergestellt werden. Eine Säule der additiven Fertigung ist das „Rapid Tooling“. Heutzutage werden bereits Kunststoff-Werkzeuge und Werkzeugeinsätze sowohl aus Metall als auch aus Kunststoff mittels selektiven Laserschweißen bzw. Lasersintern hergestellt. Allerdings erfordert die schlechte Oberflächenqualität ein aufwändiges Nacharbeiten, um verwendbare Teile und Muster zu bekommen.Additive manufacturing enables parts such as inserts or entire plastic tools to be manufactured in a relatively short time. Rapid tooling is one pillar of additive manufacturing. Nowadays plastic tools and tool inserts are already made from metal as well as from plastic by means of selective laser welding or laser sintering. However, the poor surface quality requires extensive reworking to get usable parts and samples.

Auf der anderen Seite weist beispielsweise das Poly-Jet-Verfahren, oder auch andere Flüssigmaterialverfahren, per se eine bessere Oberflächenqualität auf. Beispielsweise können beim Poly-Jet-Verfahren nur Fotopolymere verarbeitet werden. Bekanntermaßen zeigen solche Fotopolymere eine geringe thermische und mechanische Stabilität und können als Kunststoff-Werkzeuge bzw. Werkzeugeinsätze für die Kunststoffverarbeitung nur bedingt verwendet werden.On the other hand, the poly-jet process, or other liquid material processes, has a better surface quality per se. For example, only photopolymers can be processed in the poly-jet process. As is known, such photopolymers have low thermal and mechanical stability and can only be used to a limited extent as plastic tools or tool inserts for plastic processing.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein alternatives Verfahren zur Herstellung eines Kunststoff-Werkzeugs zur Verfügung zu stellen, welches die beschriebenen Nachteile überwindet.It is therefore an object of the invention to provide an alternative method for producing a plastic tool which overcomes the disadvantages described.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren zur Herstellung eines Kunststoff-Werkzeugs gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben.This object is achieved according to the invention by the method for producing a plastic tool according to claim 1. Advantageous refinements of the method according to the invention are specified in the subclaims.

Das Verfahren zur Herstellung eines Kunststoff-Werkzeugs gemäß Anspruch 1 umfasst die Schritte:

  • - Additive Fertigung des Kunststoff-Werkzeugs mittels eines Flüssigmaterialverfahrens; und
  • - Strahlvernetzung des Kunststoff-Werkzeugs.
The method for producing a plastic tool according to claim 1 comprises the steps:
  • - Additive manufacturing of the plastic tool using a liquid material process; and
  • - Beam crosslinking of the plastic tool.

Vorteilhaft ist dabei, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren thermisch und mechanisch stabile Kunststoff-Werkzeuge oder Werkzeugeinsätze hergestellt werden können. Es können die Anforderungen an die Oberflächenqualität und Stabilität erfüllt werden. Es werden die Herstellungszeiten für ein Kunststoff-Werkzeug oder einen Werkzeugeinsatz für die Kunststofffertigung um ein vielfaches reduziert. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine hohe Designfreiheit der mit ihm hergestellten Kunststoff-Werkzeuge, so können beispielsweise Kühlkanäle effizient positioniert und gefertigt werden. It is advantageous that thermally and mechanically stable plastic tools or tool inserts can be produced by the method according to the invention. The requirements for surface quality and stability can be met. There will be the manufacturing times for a plastic tool or a tool insert for plastic production reduced many times over. The method according to the invention enables a high degree of design freedom for the plastic tools produced with it, for example cooling channels can be positioned and manufactured efficiently.

In einer Ausgestaltung des Verfahrens zur Herstellung eines Kunststoff-Werkzeugs geschieht die additive Fertigung mittels eines der Flüssigmaterialverfahren Stereolithografie (SLA), Digital Light Processing (DLP), Liquid Composite Moulding (LCM) oder Multi-Jet Modeling (MLM).In one embodiment of the method for producing a plastic tool, additive manufacturing takes place using one of the liquid material methods stereolithography (SLA), digital light processing (DLP), liquid composite molding (LCM) or multi-jet modeling (MLM).

In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens zur Herstellung eines Kunststoff-Werkzeugs geschieht die Strahlvernetzung des Kunststoff-Werkzeugs mittels Beta-Bestrahlung oder mittels Gamma-Bestrahlung.In a further embodiment of the method for producing a plastic tool, the crosslinking of the plastic tool takes place by means of beta radiation or by means of gamma radiation.

In einer Ausgestaltung des Verfahrens zur Herstellung eines Kunststoff-Werkzeugs werden bei der additiven Fertigung des Kunststoff-Werkzeugs Additive zur Strahlvernetzung beigemischt.In one embodiment of the method for producing a plastic tool, additives for beam crosslinking are added during the additive manufacturing of the plastic tool.

In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens zur Herstellung eines Kunststoff-Werkzeugs werden während der additiven Fertigung mittels eines Flüssigmaterialverfahrens Additive wie Beschleuniger, Inhibitoren, Trennmitteln, Flammschutzmittel oder Verstärkungsstoffe hinzugefügt.In a further embodiment of the method for producing a plastic tool, additives such as accelerators, inhibitors, release agents, flame retardants or reinforcing materials are added during additive manufacturing using a liquid material method.

In einer Ausgestaltung des Verfahrens zur Herstellung eines Kunststoff-Werkzeugs kommt bei der additiven Fertigung das Multi-Jet Modeling (MLM) als Poly-Jet-Verfahren zum Einsatz mit den Schritten:

  • - Auftragen von Tröpfchen flüssigen Fotopolymers mittels eines 3D-Druckers; und
  • - sofortiges Aushärten des Fotopolymers mittels UV-Licht.
In one embodiment of the process for producing a plastic tool, multi-jet modeling (MLM) is used as a poly-jet process in additive manufacturing, with the following steps:
  • - Application of droplets of liquid photopolymer using a 3D printer; and
  • - Immediate curing of the photopolymer using UV light.

In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens zur Herstellung eines Kunststoff-Werkzeugs wird anstatt eines Kunststoff-Werkzeugs ein Kunststoff-Formteil hergestellt.In a further embodiment of the method for producing a plastic tool, a plastic molded part is produced instead of a plastic tool.

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung, sowie die Art und Weise, wie sie erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich in Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die in Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert werden.The above-described properties, features and advantages of this invention, as well as the manner in which they are achieved, become clearer and more clearly understandable in connection with the following description of the exemplary embodiments, which are explained in more detail in connection with the figures.

Dabei zeigen:

  • 1 Verfahren zur Herstellung eines Kunststoff-Werkzeugs;
  • 2 Additive Fertigung mittels des Poly-Jet-Verfahrens;
  • 3 3D-Drucker mit UV-Licht zur Vernetzung des Fotopolymers; und
  • 4 Strahlvernetzung des Kunststoff-Werkzeugs.
Show:
  • 1 Method of manufacturing a plastic tool;
  • 2 Additive manufacturing using the poly-jet process;
  • 3 3D printer with UV light for networking the photopolymer; and
  • 4 Beam crosslinking of the plastic tool.

In 1 ist das erfindungsgemäße Verfahren 100 zur Herstellung eines Kunststoff-Werkzeugs 500 dargestellt. Das erfindungsgemäße Verfahren 100 verläuft zwischen seinem Start 101 und seinem Ende 102 mit den Schritten:

  • - Additive Fertigung 110 des Kunststoff-Werkzeugs 500 mittels eines Flüssigmaterialverfahrens; und
  • - Strahlvernetzung 120 des Kunststoff-Werkzeugs 500.
In 1 is the method according to the invention 100 for the production of a plastic tool 500 shown. The method according to the invention 100 runs between its start 101 and its end 102 with the steps:
  • - Additive manufacturing 110 of the plastic tool 500 by means of a liquid material process; and
  • - beam cross-linking 120 of the plastic tool 500 ,

Flüssigmaterialverfahren sind in der Literatur allgemein bekannt, folgende Verfahren zählen unter anderem dazu:

  • - Stereolithografie (SLA) + Mikro-SLA;
  • - Verfahren, welche Digital Light Processing (DLP) zur Belichtung nutzen;
  • - Liquid Composite Moulding (LCM); oder
  • - Multi-Jet Modeling (MLM).
Flüssigmaterialverfahren zeichnen sich dadurch aus, dass die Ausgangskomponenten flüssig vorliegen.Liquid material processes are generally known in the literature, including the following processes:
  • - stereolithography (SLA) + micro-SLA;
  • - Methods that use digital light processing (DLP) for exposure;
  • - Liquid Composite Molding (LCM); or
  • - Multi-Jet Modeling (MLM).
Liquid material processes are characterized in that the starting components are in liquid form.

Vorteilhaft bei Flüssigmaterialverfahren ist, dass Werkstücke mit optimalen Oberflächenqualitäten hergestellt werden können. Da die Werkstücke bzw. das Kunststoff-Werkzeug 500 aus einer flüssigen Phase additiv bzw. schichtweise aufgebaut wird, wird eine hohe Oberflächenqualität erzeugt. Eine Nachbehandlung bezüglich der Oberfläche des mittels eine Flüssigmaterialverfahrens hergestellten Kunststoff-Werkzeugs 500 ist nicht notwendig.An advantage of liquid material processes is that workpieces with optimal surface qualities can be produced. Because the workpieces or the plastic tool 500 If a liquid phase is built up additively or in layers, a high surface quality is generated. A post-treatment with respect to the surface of the plastic tool produced by means of a liquid material process 500 is not necessary.

Im Schritt der Strahlvernetzung 120 des Kunststoff-Werkzeugs 500 kann dies mittels Beta-Bestrahlung oder mittels Gamma-Bestrahlung geschehen. Bei der Beta-Bestrahlung kann es sich um eine Bestrahlung mit hochenergetischen Elektronen handeln.In the step of beam cross-linking 120 of the plastic tool 500 this can be done by means of beta radiation or by means of gamma radiation. Beta radiation can be radiation with high-energy electrons.

Durch die Strahlvernetzung 120 des Kunststoff-Werkzeugs 500 werden die linearen Makromoleküle der additiven Fertigung 110 mittels Beta-Bestrahlung vernetzt, wodurch ein dreidimensionales, engmaschiges Polymernetz entsteht. Dadurch nimmt die thermische und mechanische Stabilität des Kunststoff-Werkzeugs 500 signifikant zu. Die Erweichungstemperaturen von strahlvernetzten Polymeren liegen prinzipiell im Vergleich zu unvernetzten Polymeren oder Fotopolymere deutlich höher. Auch die mechanische Belastbarkeit des Kunststoff-Werkzeugs 500 steigt durch die Strahlvernetzung 120 deutlich an.Through beam cross-linking 120 of the plastic tool 500 become the linear macromolecules of additive manufacturing 110 cross-linked by beta radiation, creating a three-dimensional, close-meshed polymer network. This reduces the thermal and mechanical stability of the plastic tool 500 significantly too. The In principle, softening temperatures of radiation-crosslinked polymers are significantly higher than that of non-crosslinked polymers or photopolymers. Also the mechanical resilience of the plastic tool 500 increases through beam crosslinking 120 clearly.

Bei der additiven Fertigung 100 des Kunststoff-Werkzeugs 500 können Additive zur Strahlvernetzung 120 beigemischt werden. Ebenso können während der additiven Fertigung 110 mittels eines Flüssigmaterialverfahrens Additive wie Beschleuniger, Inhibitoren, Trennmitteln, Flammschutzmittel oder Verstärkungsstoffe hinzugefügt werden.In additive manufacturing 100 of the plastic tool 500 can add additives for beam crosslinking 120 be added. Likewise, during additive manufacturing 110 additives such as accelerators, inhibitors, release agents, flame retardants or reinforcing materials are added by means of a liquid material process.

In 2 ist der Schritt der additiven Fertigung 110 des erfindungsgemäßen Verfahrens 100 zur Herstellung eines Kunststoff-Werkzeugs 500 als Multi-Jet Modeling (MLM) in der Ausgestaltung als Poly-Jet-Verfahren (beispielsweise der Firma stratasys) dargestellt.In 2 is the step of additive manufacturing 110 of the method according to the invention 100 for the production of a plastic tool 500 represented as multi-jet modeling (MLM) in the form of a poly-jet method (for example from the company stratasys).

Zwischen dem Start 191 und dem Ende 192 umfasst das additive Verfahren 110 in der Ausgestaltung des Poly-Jet-Verfahrens folgende Schritte:

  • - Auftragen 111 von Tröpfchen 501 flüssigen Fotopolymers mittels eines 3D-Druckers; und
  • - sofortiges Aushärten 112 des Fotopolymers mittels UV-Licht 251; 252.
Between the start 191 and the end 192 includes the additive process 110 The following steps in the design of the poly-jet process:
  • - Instruct 111 of droplets 501 liquid photopolymer using a 3D printer; and
  • - immediate curing 112 of the photopolymer using UV light 251 ; 252 ,

Typischerweise werden UV-empfindliche Fotopolymere beim Poly-Jet-Verfahren verwendet. Die Fotopolymere in Form von Monomeren werden unmittelbar nach dem Auftragen 111 auf die bereits vorhanden Schichten des Kunststoff-Werkzeugs 500 mittels UV-Licht polymerisiert und dabei vom flüssigen Ausgangszustand in den festen Endzustand überführt. Der dabei zur Anwendung kommende chemische Prozess ähnelt der Stereolithografie (SLA). Die wesentlichen Eigenschaften der generierten Objekte entsprechen weitgehend den mittels Stereolithografie (SLA) gefertigten Teilen.Typically UV sensitive photopolymers are used in the poly-jet process. The photopolymers in the form of monomers are applied immediately after application 111 on the existing layers of the plastic tool 500 polymerized by means of UV light and thereby converted from the liquid initial state into the solid final state. The chemical process used is similar to stereolithography (SLA). The essential properties of the generated objects largely correspond to the parts manufactured using stereolithography (SLA).

In 3 ist ein 3D-Drucker 600, mit dem das Poly-Jet-Verfahren durchgeführt werden kann, näher dargestellt. Auf einem absenkbaren Tisch 200 wird das Kunststoff-Werkzeug 500 additiv bzw. schichtweise aufgebaut. Dazu werden Tröpfchen 501 flüssigen Fotopolymers auf die oberste Lage des Kunststoff-Werkzeugs 500 aufgetragen. Zur Vernetzung des Fotopolymers dient UV-Licht 251; 252. Die Tröpfchen 501 flüssigen Polymers werden über Zuführungen 210; 220 zum Düsenkopf des 3D-Druckers 600 transportiert.In 3 is a 3D printer 600 , with which the poly-jet process can be carried out, is shown in more detail. On a table that can be lowered 200 becomes the plastic tool 500 built up additively or in layers. This will be droplets 501 liquid photopolymer on the top layer of the plastic tool 500 applied. UV light is used to cross-link the photopolymer 251 ; 252 , The droplets 501 liquid polymers are fed through 210 ; 220 to the nozzle head of the 3D printer 600 transported.

In 4 ist die Strahlvernetzung 120 des Kunststoff-Werkzeugs 500 dargestellt. Dazu wird eine Strahlenquelle 125 verwendet, die mittels Beta-Bestrahlung oder mittels Gamma-Bestrahlung die Vernetzung des Kunststoff-Werkzeugs 500 bewirkt.In 4 is beam cross-linking 120 of the plastic tool 500 shown. This will be a radiation source 125 uses the crosslinking of the plastic tool by means of beta radiation or by means of gamma radiation 500 causes.

Die Kombination von Poly-Jet-Verfahren bei der additiven Fertigung 110 mit anschließender Strahlenvernetzung 120 ermöglicht die Herstellung von thermisch und mechanisch stabilen Kunststoff-Werkzeugen 500 oder Werkzeugeinsätze, Teilen und Werkzeugen.The combination of poly-jet processes in additive manufacturing 110 with subsequent radiation crosslinking 120 enables the production of thermally and mechanically stable plastic tools 500 or tool inserts, parts and tools.

Die flüssigen Ausgangssubstanzen werden durch eine Düse auf das Bauteil aufgetragen. Die Aushärtung und Vernetzung 112 erfolgt unmittelbar nach Auftragung 111 der Flüssigkeiten mittels Wärmequelle (meist UV-Licht 251; 252). Das Kunststoff-Werkzeug 500 setzt sich additiv somit aus vielen einzelnen Schichten zusammen. Das „gedruckte“ Kunststoff-Werkzeug 500 besteht aus vorvernetzten Makromolekülen sowie für die Strahlenvernetzung 120 notwendigen Additiven.The liquid starting substances are applied to the component through a nozzle. The curing and networking 112 takes place immediately after application 111 the liquids using a heat source (mostly UV light 251 ; 252 ). The plastic tool 500 is additively composed of many individual layers. The "printed" plastic tool 500 consists of pre-cross-linked macromolecules and for radiation cross-linking 120 necessary additives.

Im zweiten Prozessschritt der Strahlvernetzung 120 werden die linearen Makromoleküle mittels Beta-Bestrahlung vernetzt, wodurch ein dreidimensionales, engmaschiges Polymernetz entsteht. Demzufolge nehmen die thermische und mechanische Stabilität signifikant zu. Die Erweichungstemperaturen von strahlenvernetztem Polymer liegen im Vergleich zu unvernetzten Polymeren und Fotopolymeren deutlich höher. Aber auch die mechanische Belastbarkeit steigt durch die Vernetzung deutlich an.In the second process step of beam cross-linking 120 the linear macromolecules are cross-linked by means of beta radiation, creating a three-dimensional, close-meshed polymer network. As a result, the thermal and mechanical stability increase significantly. The softening temperatures of radiation-crosslinked polymer are significantly higher than that of non-crosslinked polymers and photopolymers. But the mechanical resilience also increases significantly due to the networking.

Beim Poly-Jet-Verfahren werden die geforderten Oberflächenqualitäten der Kunststoff-Werkzeuge 500 bzw. Werkzeugeinsätze erreicht. Wie bereits erläutert sind aber die thermischen und mechanischen Kennwerte der aktuell bekannten Fotopolymere für „Rapid Tooling“ Anwendungen ungeeignet. Durch die Verwendung von strahlenvernetzten Polymeren anstelle der Fotopolymere können aber die notwendigen mechanischen und thermischen Anforderungen an Kunststoff-Werkzeug 500 bzw. Einsätze für Kunststoff-Werkzeuge erreicht werden.In the poly-jet process, the required surface qualities of the plastic tools 500 or tool inserts reached. As already explained, however, the thermal and mechanical characteristics of the currently known photopolymers are unsuitable for “rapid tooling” applications. By using radiation-crosslinked polymers instead of the photopolymers, however, the necessary mechanical and thermal requirements for plastic tools can be met 500 or inserts for plastic tools can be achieved.

Somit können Anforderungen an Oberflächenqualität und Stabilität in einem additiven Fertigungsverfahren gleichermaßen erfüllt werden. Aufgrund dessen sind die technischen Anforderungen an einem Kunststoff-Werkzeug 500 erfüllt. Dies gilt analog für Teile mit vergleichbaren Anforderungen bzgl. Oberflächenqualität und thermische/mechanische Stabilität.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Kunststoff-Werkzeugs kann anstatt eines Kunststoff-Werkzeugs auch ein Kunststoff-Formteil herstellen. Die Schritte sind dann folgend:

  • - Additive Fertigung 110 des Kunststoff-Formteils mittels eines Flüssigmaterialverfahrens; und
  • - Strahlvernetzung 120 des Kunststoff-Formteils.
This means that requirements for surface quality and stability can be met equally in an additive manufacturing process. Because of this, the technical requirements for a plastic tool 500 Fulfills. The same applies to parts with comparable requirements regarding surface quality and thermal / mechanical stability.
The method according to the invention for producing a plastic tool can also produce a molded plastic part instead of a plastic tool. The steps are as follows:
  • - Additive manufacturing 110 the plastic molding by means of a liquid material process; and
  • - beam cross-linking 120 of the plastic molding.

Durch das hier skizzierte Verfahren 100 können die Herstellungszeiten für ein Kunststoff-Werkzeug 500, ein Kunststoff-Formteil bzw. Werkzeugeinsatz für die Kunststofffertigung um ein vielfaches reduziert werden.Through the procedure outlined here 100 can the manufacturing times for a plastic tool 500 , a molded plastic part or tool insert for plastic production can be reduced many times over.

Ein weiterer gravierender Vorteil ist die extrem hohe Designfreiheit der Kunststoff-Werkzeuge 500. So können Kühlkanäle effizient positioniert und gefertigt werden, um eine optimale Temperierung des Kunststoff-Werkzeugs 500 zu realisieren.Another serious advantage is the extremely high design freedom of the plastic tools 500 , In this way, cooling ducts can be positioned and manufactured efficiently in order to optimally temper the plastic tool 500 to realize.

Claims (7)

Verfahren (100) zur Herstellung eines Kunststoff-Werkzeugs (500) mit den Schritten: - Additive Fertigung (110) des Kunststoff-Werkzeugs (500) mittels eines Flüssigmaterialverfahrens; und - Strahlvernetzung (120) des Kunststoff-Werkzeugs (500) .Method (100) for producing a plastic tool (500) with the steps: - Additive manufacturing (110) of the plastic tool (500) by means of a liquid material process; and - Beam crosslinking (120) of the plastic tool (500). Verfahren (100) zur Herstellung eines Kunststoff-Werkzeugs (500) nach Anspruch 1, bei dem die additive Fertigung (110) geschieht mittels eines der Flüssigmaterialverfahren Stereolithografie (SLA), Digital Light Processing (DLP), Liquid Composite Moulding (LCM) oder Multi-Jet Modeling (MLM).Method (100) for producing a plastic tool (500) according to Claim 1 , in which additive manufacturing (110) takes place using one of the liquid material processes stereolithography (SLA), digital light processing (DLP), liquid composite molding (LCM) or multi-jet modeling (MLM). Verfahren (100) zur Herstellung eines Kunststoff-Werkzeugs (500) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Strahlvernetzung (120) des Kunststoff-Werkzeugs (500) mittels Beta-Bestrahlung oder mittels Gamma-Bestrahlung geschieht.Method (100) for producing a plastic tool (500) according to Claim 1 or 2 , in which the beam crosslinking (120) of the plastic tool (500) takes place by means of beta radiation or by means of gamma radiation. Verfahren (100) zur Herstellung eines Kunststoff-Werkzeugs (500) nach Anspruch 3, bei dem bei der additiven Fertigung (110) des Kunststoff-Werkzeugs (500) Additive zur Strahlvernetzung (120) beigemischt werden.Method (100) for producing a plastic tool (500) according to Claim 3 , in which additives for beam crosslinking (120) are added in the additive manufacturing (110) of the plastic tool (500). Verfahren (100) zur Herstellung eines Kunststoff-Werkzeugs (500) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem während der additiven Fertigung (110) mittels eines Flüssigmaterialverfahrens Additive wie Beschleuniger, Inhibitoren, Trennmitteln, Flammschutzmittel oder Verstärkungsstoffe hinzugefügt werden.Method (100) for producing a plastic tool (500) according to one of the preceding claims, in which additives such as accelerators, inhibitors, release agents, flame retardants or reinforcing materials are added during additive manufacturing (110) by means of a liquid material method. Verfahren (100) zur Herstellung eines Kunststoff-Werkzeugs (500) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem bei der additiven Fertigung (110) das Multi-Jet Modeling (MLM) als Poly-Jet-Verfahren zum Einsatz kommt mit den Schritten: - Auftragen (111) von Tröpfchen (501) flüssigen Fotopolymers mittels eines 3D-Druckers (600); und - sofortiges Aushärten (112) des Fotopolymers mittels UV-Licht (251; 252).Method (100) for producing a plastic tool (500) according to one of the preceding claims, in which multi-jet modeling (MLM) is used as a poly-jet method in additive manufacturing (110) with the steps: - applying (111) droplets (501) of liquid photopolymer by means of a 3D printer (600); and - Immediate curing (112) of the photopolymer using UV light (251; 252). Verfahren (100) zur Herstellung eines Kunststoff-Werkzeugs (500) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem anstatt eines Kunststoff-Werkzeugs (500) ein Kunststoff-Formteil hergestellt wird.Method (100) for producing a plastic tool (500) according to one of the preceding claims, in which a plastic molded part is produced instead of a plastic tool (500).
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