Additive Fertigung weitergedacht: Verbesserung additiver Fertigungswerkzeuge durch PVD-Beschichtungen für den Kunststoffspritzguss
Die additive Fertigung (AM) revolutioniert weiterhin die Werkzeugkonstruktion. In Kombination mit fortschrittlichen Oberflächentechnologien – etwa verschleißfesten PVD-Beschichtungen – entstehen neue Potenziale, besonders im Kunststoffspritzguss. Beschichtete 3D-gedruckte Werkzeuge bieten höhere Haltbarkeit und Leistung, reduzieren Zykluszeiten, Ausfallzeiten und Wartungsaufwand – ein echter Game-Changer für effiziente Produktionen wie die Verschlusskappenherstellung. Mehr dazu im Artikel!
Steigerung der Lebensdauer und Produktivität von Werkzeugen beim Kunststoffspritzguss
Die Kombination von additiver Fertigung (AM) mit einer nachfolgenden physikalischen Dampfabscheidungs (PVD)-Beschichtung ist ein aufstrebender Trend zur Verbesserung der Leistung komplexer 3D-gedruckter Werkzeuge. Insbesondere in Kunststoffspritzgussanwendungen, wie z.B. der Produktion von Flaschenverschlüssen, verbessern verschleißfeste PVD-Beschichtungen die Haltbarkeit und Festigkeit von 3D-gedruckten Formen mit integrierten Kühlkanälen, die aus Maraging-Stahl (MS1) hergestellt sind, und tragen somit zu verkürzten Zykluszeiten in der Produktion, gesteigerter Produktivität sowie reduzierter Maschinenausfallzeit und Werkzeugwartung bei.
Vorteile der additiven Fertigung
Die additive Fertigung von Werkzeugen bietet bestimmte Vorteile im Vergleich zu traditionellen oder Standard-Bearbeitungsverfahren (zusammengefasst unter dem Begriff subtraktive Fertigung), die insbesondere Folgendes umfassen:
Flexibilität bei der Gestaltung
Die additive Fertigung ermöglicht das Design von komplexen und individuellen Werkzeugen, die mit herkömmlichen Fertigungstechniken schwer oder unmöglich herzustellen sind.
Integration von Kühlkanälen
Komplexe interne Kühlkanäle können direkt in das Werkzeug integriert werden, was zu einer optimierten Wärmebewirtschaftung beiträgt, z.B. in Kunststoff-Spritzgussanwendungen, die empfindlich auf Wärmeverteilung und Wärmeübertragung reagieren.
Verkürzte Vorlaufzeit
Werkzeuge können schneller hergestellt werden, was eine schnellere Prototypenentwicklung ermöglicht (schnelles Prototyping, z.B. in der Designphase) und zu verkürzten Markteinführungszeiten von Produkten beiträgt.
Kosteneffektiv für kleine Produktionsmengen
Der 3D-Druck von Werkzeugen hat das Potenzial, kostengünstiger zu sein für die Herstellung kleiner Mengen von hochgradig individuellen Werkzeugen.
Überwindung von Oberflächenfehlern bei 3D-gedruckten Werkzeugen
Die Nachteile der additiven Fertigung, wie beispielsweise Einschränkungen durch das Material in Bezug auf Festigkeit, Haltbarkeit und Verschleißfestigkeit sowie Größenbeschränkungen bei Werkzeugen aufgrund der Kammergröße handelsüblicher 3D-Drucker, spielen eine untergeordnete Rolle bei der Herstellung von Kunststoffspritzgusswerkzeugen, z. B. bei der Produktion von Flaschendeckeln und unter Berücksichtigung einer anschließenden physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD)-Beschichtung. Die größte Herausforderung besteht in der schlechten Oberflächenqualität von 3D-gedruckten Werkzeugen, die nicht den Standards von Oberflächen entspricht, die mit traditionellen Fertigungstechniken hergestellt werden.
Die typische schichtweise Struktur bei gängigen additiven Fertigungsverfahren wie dem Laser-Pulverbett-Schmelzen (LPBF) und der Laser-Metalldirektdruck (LMD) hinterlässt sichtbare Schichtlinien oder eine gestufte Oberflächentextur. Dies wird insbesondere im Hinblick auf eine nachfolgende PVD-Beschichtung und die Gewährleistung einer ausreichenden Haftung zwischen dem Werkzeug und der PVD-Beschichtung herausfordernd. Dies erfordert eine zusätzliche Nachbearbeitung des Werkzeugs, um eine höhere Oberflächenqualität in Form von glatten und gleichmäßig polierten Oberflächen sicherzustellen.
Maßgeschneiderte Vorbeschichtungsbehandlungen zur Verbesserung der Leistung von 3D-Werkzeugen
Ionbond hat basierend auf mehr als 50 Jahren Erfahrung im Bereich Beschichtungsdienstleistungen maßgeschneiderte Vorbeschichtungen für 3D-gedruckte Werkzeuge entwickelt. Dies ermöglicht es Ionbond, seinen Kunden überlegene Beschichtungslösungen für 3D-gedruckte Matrizen anzubieten. Eine Erfolgsgeschichte mit nachgewiesener Erfolgsbilanz ist die Kombination von komplexen 3D-gedruckten Formen mit integrierten Kühlkanälen zur Herstellung von Flaschenverschlüssen und Ionbonds diamantähnlichen Kohlenstoffbeschichtungen (DLC), um Haftverschleiß und Freisetzkräfte zu reduzieren. Dies trägt zu verkürzten Zykluszeiten in der Produktion, gesteigerter Produktivität sowie minimierten Maschinenstillständen und Wartungsarbeiten bei.
Entdecken Sie unsere Beschichtungslösungen
Erfahren Sie mehr über unser DLC-Beschichtungsportfolio für Kunststoffverarbeitungsanwendungen auf unserer Website und laden Sie unsere Informationsblätter herunter, die Ihnen mehr über unsere Beschichtungslösungen bieten:
Kunstoffverarbeitung
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Ionbond™ 41
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Dr. Ing. Tobias Brögelmann
Globaler Segmentleiter Umformung und Formgebung
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