Schlüsselwort: Fertigungstechnik

Das Spritzgießen ermöglicht eine kostengünstige Fertigung verschiedenster Formteile bei vielen konstruktiven Freiheitsgraden. Zentrales formgebendes Element ist das Spritzgießwerkzeug, welches meist ein komplexes Unikat ist. Dabei bildet das Temperiersystem den entscheidenden Faktor hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit und der resultierenden Qualität der Formteile. Eine gezielte und reproduzierbare Auslegung ist somit essenziell, um eine hohe Qualität in der Produktion zu erreichen. Ziel der vorliegenden Untersuchungen ist es, die thermische Werkzeugauslegung mithilfe eines inversen Ansatzes weiter zu verbessern und weitgehend zu automatisieren. Durch diesen inversen Ansatz wird eine Abhängigkeit vom jeweiligen Konstrukteur minimiert. Zentrales Element der inversen thermischen Werkzeugauslegung ist ein Zielfunktional, welches die Qualität des Formteils bewertet. Auf Basis dieser Bewertung kann eine Optimierungssoftware den optimalen thermischen Haushalt im Spritzgießwerkzeug berechnen. Im ersten Teil dieser Arbeit wird ein vorgeschlagenes Zielfunktional auf Basis von Ergebnissen aus Spritzgießversuchen kritisch analysiert und überarbeitet. Ziel des neuen, überarbeiteten Zielfunktionals ist eine homogene Temperaturverteilung im Formteil zum Ende der Kühlphase sowie das Erreichen einer homogenen Morphologie des Kunststoffes. Die inverse thermische Werkzeugauslegung wird erstmals auf ein praxisrelevantes Formteil angewandt. Eine Nutzbarkeit der Methodik auch für komplexe Geometrien kann gezeigt werden. Aus den Ergebnissen wird deutlich, dass mit dem neuen Ansatz eine Verzugsminimierung insbesondere für den Eckenverzug erreicht werden kann. Bedingt durch Limitationen in der Werkstoffwahl für additiv gefertigte Spritzgießwerkzeuge haben konventionell ausgelegte Kühlsysteme meist eine gleichwertige Leistungsfähigkeit, wenn sie durch erfahrene Konstrukteure auslegt werden. Weiterhin wird eine Methodik entwickelt, um basierend auf der zuvor weiterentwickelten thermischen Optimierung die Ableitung eines Temperierlayouts zu automatisieren. In dieser Arbeit wird ein Konzept entwickelt, mit dem die gestalterischen Freiheiten der additiven Fertigung effektiv genutzt werden. Auf Basis von Pfadplanungsalgorithmen wird ein komplexes und strömungsoptimiertes Temperiersystem generiert. Das Ergebnis ist ein vom Anwender unabhängiges Temperierlayout mit einer zu einem manuell erstellten Temperierlayout vergleichbaren Leistungsfähigkeit hinsichtlich des Verzugs der produzierten Formteile.

Das Spritzgießen ermöglicht eine kostengünstige Fertigung verschiedenster Formteile bei vielen konstruktiven Freiheitsgraden. Zentrales formgebendes Element ist das Spritzgießwerkzeug, welches meist ein komplexes Unikat ist. Dabei bildet das Temperiersystem den entscheidenden Faktor hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit und der resultierenden Qualität der Formteile. Eine gezielte und reproduzierbare Auslegung ist somit essenziell, um eine hohe Qualität in der Produktion zu erreichen. Ziel der vorliegenden Untersuchungen ist es, die thermische Werkzeugauslegung mithilfe eines inversen Ansatzes weiter zu verbessern und weitgehend zu automatisieren. Durch diesen inversen Ansatz wird eine Abhängigkeit vom jeweiligen Konstrukteur minimiert. Zentrales Element der inversen thermischen Werkzeugauslegung ist ein Zielfunktional, welches die Qualität des Formteils bewertet. Auf Basis dieser Bewertung kann eine Optimierungssoftware den optimalen thermischen Haushalt im Spritzgießwerkzeug berechnen. Im ersten Teil dieser Arbeit wird ein vorgeschlagenes Zielfunktional auf Basis von Ergebnissen aus Spritzgießversuchen kritisch analysiert und überarbeitet. Ziel des neuen, überarbeiteten Zielfunktionals ist eine homogene Temperaturverteilung im Formteil zum Ende der Kühlphase sowie das Erreichen einer homogenen Morphologie des Kunststoffes. Die inverse thermische Werkzeugauslegung wird erstmals auf ein praxisrelevantes Formteil angewandt. Eine Nutzbarkeit der Methodik auch für komplexe Geometrien kann gezeigt werden. Aus den Ergebnissen wird deutlich, dass mit dem neuen Ansatz eine Verzugsminimierung insbesondere für den Eckenverzug erreicht werden kann. Bedingt durch Limitationen in der Werkstoffwahl für additiv gefertigte Spritzgießwerkzeuge haben konventionell ausgelegte Kühlsysteme meist eine gleichwertige Leistungsfähigkeit, wenn sie durch erfahrene Konstrukteure auslegt werden. Weiterhin wird eine Methodik entwickelt, um basierend auf der zuvor weiterentwickelten thermischen Optimierung die Ableitung eines Temperierlayouts zu automatisieren. In dieser Arbeit wird ein Konzept entwickelt, mit dem die gestalterischen Freiheiten der additiven Fertigung effektiv genutzt werden. Auf Basis von Pfadplanungsalgorithmen wird ein komplexes und strömungsoptimiertes Temperiersystem generiert. Das Ergebnis ist ein vom Anwender unabhängiges Temperierlayout mit einer zu einem manuell erstellten Temperierlayout vergleichbaren Leistungsfähigkeit hinsichtlich des Verzugs der produzierten Formteile.

Das Spritzgießen ermöglicht eine kostengünstige Fertigung verschiedenster Formteile bei vielen konstruktiven Freiheitsgraden. Zentrales formgebendes Element ist das Spritzgießwerkzeug, welches meist ein komplexes Unikat ist. Dabei bildet das Temperiersystem den entscheidenden Faktor hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit und der resultierenden Qualität der Formteile. Eine gezielte und reproduzierbare Auslegung ist somit essenziell, um eine hohe Qualität in der Produktion zu erreichen. Ziel der vorliegenden Untersuchungen ist es, die thermische Werkzeugauslegung mithilfe eines inversen Ansatzes weiter zu verbessern und weitgehend zu automatisieren. Durch diesen inversen Ansatz wird eine Abhängigkeit vom jeweiligen Konstrukteur minimiert. Zentrales Element der inversen thermischen Werkzeugauslegung ist ein Zielfunktional, welches die Qualität des Formteils bewertet. Auf Basis dieser Bewertung kann eine Optimierungssoftware den optimalen thermischen Haushalt im Spritzgießwerkzeug berechnen. Im ersten Teil dieser Arbeit wird ein vorgeschlagenes Zielfunktional auf Basis von Ergebnissen aus Spritzgießversuchen kritisch analysiert und überarbeitet. Ziel des neuen, überarbeiteten Zielfunktionals ist eine homogene Temperaturverteilung im Formteil zum Ende der Kühlphase sowie das Erreichen einer homogenen Morphologie des Kunststoffes. Die inverse thermische Werkzeugauslegung wird erstmals auf ein praxisrelevantes Formteil angewandt. Eine Nutzbarkeit der Methodik auch für komplexe Geometrien kann gezeigt werden. Aus den Ergebnissen wird deutlich, dass mit dem neuen Ansatz eine Verzugsminimierung insbesondere für den Eckenverzug erreicht werden kann. Bedingt durch Limitationen in der Werkstoffwahl für additiv gefertigte Spritzgießwerkzeuge haben konventionell ausgelegte Kühlsysteme meist eine gleichwertige Leistungsfähigkeit, wenn sie durch erfahrene Konstrukteure auslegt werden. Weiterhin wird eine Methodik entwickelt, um basierend auf der zuvor weiterentwickelten thermischen Optimierung die Ableitung eines Temperierlayouts zu automatisieren. In dieser Arbeit wird ein Konzept entwickelt, mit dem die gestalterischen Freiheiten der additiven Fertigung effektiv genutzt werden. Auf Basis von Pfadplanungsalgorithmen wird ein komplexes und strömungsoptimiertes Temperiersystem generiert. Das Ergebnis ist ein vom Anwender unabhängiges Temperierlayout mit einer zu einem manuell erstellten Temperierlayout vergleichbaren Leistungsfähigkeit hinsichtlich des Verzugs der produzierten Formteile.