GENIAL

Problemstellung

Bei der Herstellung von Kunststoff-Extrusionsprodukten entstehen bislang hohe Verluste durch Produktionsausfälle, die auf unzureichende Werkzeugstandzeiten und die dadurch notwendigen Werkzeugwechsel- und Rüstzeiten zurückzuführen sind. Der zunehmende Anteil an partikel- und faserverstärkten Formmassen wird dieses Problem zukünftig weiter verstärken. Ursache hierfür ist die aus einer höheren Reibung zwischen Werkzeugwand und gefüllter Polymerschmelze verbunden mit einem hohen Durchsatz resultierende abrasive Wirkung der Füll- und Verstärkungsstoffe, wie beispielsweise Graphit, Kreide, Metallpulver oder Glasfasern.
Ein Ansatz zur Standzeiterhöhung ist der Einsatz von Werkzeugen aus Vollhartmetall, wodurch im Vergleich zu beschichteten Werkzeugen Standzeiterhöhungen von 50-70% ermöglicht werden.

Projektziele
Um die generativen Fertigungsverfahren Lasersintern und 3D-Drucken für die Verarbeitung von Hartmetall (Wolframkarbid-Kobalt) zu qualifizieren, mussten folgende Teilaufgaben gelöst werden:
- Modellierung und Simulation des Extrusionsprozesses
- Qualifizierung von Hartmetallpulver
- Untersuchungen zum Lasersintern von Wolframkarbid-Kobalt (WC-Co)
- Entwicklung des 3D-Druckens für eine WC-Co-Verarbeitung
- Auslegung und Bewertung von Hartmetall-Extrusionswerkzeugen
- Werkzeugeinsatz für die Extrusion von Bauprofilen sowie Dichtungsprofilen

Vorgehensweise und erwartete Ergebnisse
Zur Qualifizierung der Verfahren Lasersintern und 3D-Drucken für die Verarbeitung von Hartmetall wurden umfangreiche neue Erkenntnisse zur generativen Fertigung von geometrisch komplexen Extrusionswerkzeugen aus Hartmetall und deren Einsatz in der Kunststoffextrusion erarbeitet. Folgende Meilensteine wurden erreicht:
M1 nach 4 Monaten Definition der Anforderungen an Extrusionswerkzeuge, Hartmetall-Pulverwerkstoff und Anlagentechnik
M2 nach 15 Monaten Erprobung und Auswahl von Verfahren zum Aufbau von Extrusionswerkzeugen
M3 nach 19 Monaten Erste Anwendungsversuche und Werkzeuganalysen
M4 nach 24 Monaten Projektende und Ergebnisveröffentlichung

Anwendungspotenzial
Die Projektergebnisse können in großen Teilen der hartmetall- und kunststoffverarbeitenden Industrie Anwendung finden:
- Fertigung von Werkzeugen für neue, maßgeschneiderte Kunststoffe (partikel- und faserverstärkte Kunststoffe)
- Modellierung sowie empirische Kalibrierung dieser Modelle und Simulation des Profilextrusionsprozesses

Junge Technologiefirmen und Produzenten in den neuen Bundesländern waren in das Verbundvorhaben integriert und konnten so ihre Innovationskraft als KMU stärken.
Die Ergebnisse des Verbundprojekts werden in der kunststoffverarbeitenden Industrie, dem Werkzeug- und Formenbau, der Werkstoff-, Software- und Anlagenentwicklung sowie in der fachspezifischen, universitären Aus- und Weiterbildung zur Anwendung kommen.