Ziel der Entwicklung
Ziel der Entwicklungen ist die deutliche Reduzierung der Zykluszeit im Variothermprozess und die Minimierung der beheizten Masse des Werkzeuges um letzten Endes eine vorteilhaftere Energiebilanz im Verbund mit einer konturgetreuen Abbildung der Werkzeugkavität zu erzielen. Optimal ist für die Verbesserung der Fließfähigkeit der Kunststoffschmelze in der Kavität die direkte thermale Beeinflussung der Kontaktfläche der Werkzeugwand. Idealerweise sollte dabei auch nur diese Kontaktfläche beheizt und die restliche Werkzeugmasse auf Entformungstemperatur des Kunststoffes gehalten werden, um eine schnelle Abkühlung des Formteiles nach dem Einspritzprozess zu gewährleisten. Ein wichtiger Aspekt der Untersuchungen ist der Nachweis der Praxistauglichkeit der zu entwickelnden Temperiermöglichkeit im Größenbereich von typischen Mikroformteilen. Weiteres Ziel ist die positive Beeinflussung der Morphologie von dünnwandigen Mikrospritzgussteilen zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften ohne wesentliche Verlängerung der Zykluszeiten mit einer variothermen Prozessführung.
Vorteile und Lösungen
Mit einem Dünnschichtverfahren wurden Heizelemente direkt auf die Formkontur eines Spritzgießwerkzeuges abgeschieden, welche eine dynamische variotherme Temperierung im Spritzguss ohne Zykluszeitverlängerung zulassen. Die Dünnschichtelemente wiesen eine hohe Heizdynamik mit Heizraten von 100 K in zirka 0,7 s im Spritzgießzyklus auf. Es wurden Heizleistungen von 160 W auf einer Werkzeugoberfläche von zirka 72 mm² erreicht. Dies bedeutet eine hohe Leistungsdichte von 222 W/cm². Mit der speziell auf die Eigenschaften des Heizleiters ausgelegten Regelung ist nicht nur die Bestromung mit Schutzkleinspannung von unter 42 V sondern auch eine Temperaturregelung ohne externe Temperaturfühler über die Erfassung der Änderung des Widerstandes des Heizleiters im Heizzyklus möglich. Die Funktionalität der Dünnschichtheizung konnte durch Untersuchungen am Formteildemonstrator nachgewiesen und eine positive Beeinflussung des Füllverhaltens und der Morphologie von Mikroformteilen festgestellt werden.
Zielgruppe und Zielmarkt
Die neue Technologie ist für den Bereich der Temperierung von Mikrospritzgießwerkzeugen vorgesehen, kann aber im gesamten Bereich der Spritzgießfertigung mit temperierten Werkzeugen eingesetzt werden. Die Entwicklung verfolgt zwei wesentliche Aspekte:
1. die Verbesserung der Festigkeitseigenschaften durch Beeinflussung der Morphologie von Mikroformteilen bei der Spritzgussfertigung und
2. die Optimierung des Füllprozesses der Werkzeugkavität mit positiven Aspekten hinsichtlich der Verbesserung der Oberflächenqualität in der Abformung, einer Zykluszeit-verkürzung und eines verminderten Energieeinsatzes bei der variothermen Werkzeugtemperierung.
Eine positive Beeinflussung der Formteilqualität bei homogener Temperaturverteilung an der Werkzeugwand erzielt ebenfalls bei der Fertigung anspruchsvoller Formteile einen wirtschaftlichen Effekt (beispielsweise Reduktion von Verzug). Denkbar ist auch der Einsatz des Dünnschichtheizelementes zum schnellen Temperieren von Heißprägewerkzeugen oder auch zum Beheizen von Schmelze führenden Kanälen im Heißkanal oder der Plastifiziereinheit. Ein nicht zu unterschätzender Faktor ist die Energieeffizienz mit der Spritzgusswerkzeuge bei Einsatz von Dünnschichtheizelementen in der Kunststoffverarbeitung temperiert werden können.
