DE19923870A1

DE19923870A1 - Verfahren zur Herstellung eines Spritzgußwerkzeuges

Info

Publication number: DE19923870A1
Application number: DE19923870A
Authority: DE
Inventors: Torsten Meyer; Guenter Basse
Original assignee: VWM VEREINIGTE WERZEUG und MAS
Current assignee: VWM VEREINIGTE WERZEUG und MAS
Priority date: 1999-05-25
Filing date: 1999-05-25
Publication date: 2000-11-30
Anticipated expiration: 2019-05-26
Also published as: DE19923870C2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Spritzgußwerkzeuges für die Fertigung von Prototypteilen aus thermoplastischen Werkstoffen im Zielwerkstoff. Für das Verfahren ist kennzeichnend, daß mittels Rapid-Prototyping-Verfahren ein Abgußmuster (Formpositiv) hergestellt wird, das dann in einem Formkasten positioniert und mit einem kaltaushärtbaren Mineralguß umgossen wird und somit ein zweigeteiltes Formnegativ entsteht, welches als Mineralguß-Spritzgußwerkzeug in eine Universal-Kassettenform einer Kunststoffspritzgießmaschine eingesetzt wird. Vorteilhafterweise sind ca. 180 hergestellte Prototyp-Kunststoffteile im Zielwerkstoff mit den später zu fertigenden Serienteilen vollständig identisch. Hinzu kommt, daß die Herstellungskosten für das Spritzgußwerkzeug niedrig sind, eine Herstellung des Spritzgußwerkzeuges in 24 Stunden möglich ist und eine hohe Flexibilität bei erforderlichen Änderungen am Serienteil gegeben ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Spritzgußwerkzeuges für die Fertigung von Prototypteilen aus thermoplastischen Werkstoffen im Zielwerkstoff.

Bekannt ist es, daß durch Rapid-Prototyping-Verfahren die schnelle Herstellung eines mit einem späteren Serienprodukt möglichst identischen Prototypen, also die Herstellung eines -Positives- möglich ist. Prototypen unterscheiden sich damit durch das Produktionsverfahren und sollen so eine frühzeitige Überprüfung der Akzeptanz eines Produktes beim Kunden bzw. Verbraucher ermöglichen. Selbstverständ lich können auch -Negative- hergestellt werden. Diese werden als Formen oder Werkzeuge zur Fertigung ent sprechender Positive in geringen Stückzahlen verwendet (Rapid Tooling). Die Anforderungen an ein Serienspritz gußwerkzeug zur Fertigung von Bauteilen aus thermoplasti schen Werkstoffen sind durch die beim Spritzgießen notwendigen Schließkräfte und Drücke sowie den dabei auftretenden Temperaturen bis < 400°C sehr hoch. Die enormen Kosten für konventionelle Spritzgußwerkzeuge und die langen Herstellungszeiten machen aber die Fertigung von Prototypteilen mit Rapid-Prototyping-Verfahren attraktiv (Gebhardt, Andreas: Rapid prototyping Werkzeuge für die schnelle Produktentwicklung, Carl Hanser Verlag München Wien, 1996). So sollen Spritzgußwerkzeuge beispielsweise mittels Rapid-Prototyping-Verfahren, wie Stereolithographie direkt als zweigeteilte Schalen- oder Vollform herstellbar sein. Nach erfolgter Infiltration und dem Finish der Oberflächen sowie einer gußtechnischen Bearbeitung kann dann dieses Werkzeug in das Stahlstammwerkzeug eingesetzt werden. Ein anderer Ansatz führt über das Direktsintern von niedrig schmelzenden Mehrkomponentenpulvern oder von Poly carbonat, das nach Infiltration durch ein Epoxidharz eine sehr hohe Festigkeit haben soll, wobei aber das relativ weiche Polycarbonat zur Verbesserung der Formoberfläche vor der Infiltration mechanisch nachbehandelt werden kann. Die indirekte Herstellung hat als Ausgangsmodell eine beliebige Vollform, die mittels Rapid-Prototyping-Verfahren herge stellbar ist. Diese Formen können nach Festlegung der Teil fuge in zwei Formhälften dann getrennt mit einer Metall schicht überzogen werden und nach entsprechender Entformung, Hinterfütterung und gußtechnischer Bearbeitung soll ein in ein Stahlstammwerkzeug einsetzbares Spritzguß werkzeug zur Verfügung stehen. Bekannte Verfahrensansätze, um Spritzgußwerkzeuge mit Hilfe von Rapid-Prototyping- Verfahren herzustellen haben den Nachteil, daß sie entweder bei genügender Abbildung der Formgestaltung nicht mit dem gleichen thermoplastischen Werkstoff wie die späteren Serienteile arbeiten können oder bei Verwendung des Zielwerkstoffes keine ausreichende Maßhaltigkeit garantie ren. Bekannt ist weiterhin durch DE 43 40 646 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung eines als Prototyp dienenden Werkstückes, wobei die Prototypen sich besonders für anspruchsvolle Anwendungen, wie Spritzguß formen, eignen sollen und deren Herstellung ohne Zwischen- und Nachfolgeschritte direkt im Zielwerkstoff, beispiels weise Metall, erfolgen kann. Erreicht wird dies dadurch, daß in einem Computer auf Basis einer definierten Geome triebeschreibung eine Zerlegung in verschiedene 3D-Segmente vorgenommen wird und diese in Platten, günstig sind min destens drei Platten, unterschiedlicher Dicke zerlegt werden, wobei die Schnittebenen jeder einzelnen Platte so gewählt werden, daß jede Platte aus mindestens zwei Aufspannungen mit einer CNC-gesteuerten Bearbeitungsmaschi ne hinterschnittfrei bearbeitet werden kann, somit die Platten aus Rohlingen geeigneter Dicke hergestellt und durch eine Fügepresse zum Werkstück zusammengesetzt werden. Die Nachteile dieser Prototyp-Herstellung bestehen in den hohen Anlagenkosten, wie der CNC-gesteuerten Bearbeitungs maschine und der Fügepresse, zur Realisierung dieses Verfahrens.

Deshalb besteht das Problem der Erfindung darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Spritzguß werkzeuges für die Fertigung von Prototypteilen aus thermoplastischen Werkstoffen im Zielwerkstoff zu schaffen, das mit einem geringen anlagentechnischen Aufwand und der erforderlichen Maßhaltigkeit Prototypteile fertigt. Zur Lösung dieses Problems ist das eingangs genannte Verfahren zur Herstellung eines Spritzgußwerkzeuges für die Fertigung von Prototypteilen durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des unabhängigen Anspruchs (1) weitergebildet. Damit ist der Vorteil erzielbar, daß ca. 180 hergestellte Proto typ-Kunststoffteile im Zielwerkstoff mit den später zu fertigenden Serienteilen vollständig identisch sind. Hinzu kommt, daß die Herstellungskosten für das Spritzgußwerkzeug niedrig sind, eine Herstellung des Spritzgußwerkzeuges in 24 Stunden möglich ist und eine hohe Flexibilität bei erfor derlichen Änderungen am Serienteil gegeben ist.

Die Erfindung soll am Beispiel der Herstellung eines Spritzgußwerkzeuges für die Fertigung einer Abdeckkappe als Prototypteil im Zielwerkstoff Polyethylen näher erläutert werden. Hierzu zeigen die zugehörigen Zeichnungen in

Fig. 1 die Abdeckkappe als Abgußmuster (Formpositiv),

Fig. 2 den Außenabdruck von Fig. 1 als Formnegativ,

Fig. 3 den Innenabdruck von Fig. 1 als Formnegativ.

In Fig. 1 ist die Abdeckkappe als Formpositiv, die im Rapid-Prototyping-Verfahren hergestellt wird, dargestellt.

Fig. 2 und Fig. 3 zeigen den Außen- und Innenabdruck von Fig. 1 als Formnegativ. Zur Herstellung des erfindungs gemäßen Spritzgußwerkzeuges für die Fertigung einer Abdeckkappe als Prototypteil im Zielwerkstoff Polyethylen ist ein volumenorientiertes CAD-Modell der Abdeckkappe im Computer zu erzeugen und gußtechnisch zu bearbeiten. Jetzt können diese Daten für die Steuerung einer Stereolithogra phieanlage zur Herstellung eines Abdeckkappen-Abgußmusters (Formpositiv) genutzt werden. Das Abdeckkappen-Abgußmuster wird dann in einem Formkasten zur Erzeugung eines Formnega tives verwendet. Hierzu ist das Abdeckkappen-Abgußmuster in den Oberkasten einzulegen, zu positionieren und mit einem Trennmittel zu versehen. Das im Oberkasten positionierte Abdeckkappen-Abgußmuster kann nun zur Herstellung eines Außenabdruckes mit einem kaltaushärtbaren Mineralguß umgossen werden. Nach dem Aushärten der Formhälfte ist der Außenabdruck auf der dem Unterkasten zugewandten Seite mit einem Trennmittel zu versehen, und es sind mehrere Füh rungselemente anzuordnen. Jetzt kann der Unterkasten mit Mineralguß gefüllt werden und somit entsteht ein Innenab druck vom Abdeckkappen-Abgußmuster. Nach einer Aushärtzeit können die Formhälften getrennt und das Abdeckkappen-Ab gußmuster (Formpositiv) entnommen werden. Zur Verbesserung der physikalischen Eigenschaften werden der Innen- und Außenabdruck (Formnegativ) vergütet. Das so hergestellte Spritzgußwerkzeug ist in eine Universal-Kassettenform einer Kunststoffspritzgießmaschine einsetzbar. Die mit diesem Spritzgußwerkzeug hergestellten Abdeckkappen aus Polyethy len sind mit den Serienteilen vollständig identisch. .

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Spritzgußwerkzeuges für die Fertigung von Prototypteilen aus thermoplastischen Werkstoffen im Zielwerkstoff, dadurch gekenn zeichnet, daß

- nach Erzeugung eines volumenorientierten CAD-Modells und einer gußtechnischen Bearbeitung mittels Rapid- Prototyping-Verfahren ein Abgußmuster (Formpositiv) hergestellt wird,
- das Abgußmuster in einem Formkasten positioniert und mit einem kaltaushärtbaren Mineralguß umgossen wird und somit ein aus einem Außenabdruck und einem Innenabdruck bestehendes zweigeteiltes Formnegativ gefertigt wird,
- das Formnegativ zur Verbesserung der physikalischen Eigenschaften vergütet wird und
- das so hergestellte Mineralguß-Spritzgußwerkzeug in eine Universal-Kassettenform einer Kunststoffspritzgießmaschine eingesetzt wird.