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Werkzeugbau: FWB - Additive Fertigung von Formeinsätzen ermöglicht signifikante Einsparungen

Leistungsstarke EOSINT M 280 machte Hybridbauweise des Werkzeugkerns überflüssig

Werkzeug und Spritzling: Durch die konturnahe Temperierung reduzierte sich die Zykluszeit, und die Qualität des Gehäuseteils verbesserte sich (Quelle: LBC, FWB)
Werkzeug und Spritzling: Durch die konturnahe Temperierung reduzierte sich die Zykluszeit, und die Qualität des Gehäuseteils verbesserte sich (Quelle: LBC, FWB)
Um den Standort Deutschland für die Herstellung von Spritzgießwerkzeugen und Kunststoffteilen attraktiv zu erhalten, sind Werkzeugbauer und Teileproduzenten in diesem Bereich auf innovative Technologien und Verfahren angewiesen, die ihnen Zeit und Kosten einsparen. Waren es in den vergangenen Jahren besonders osteuropäische Produzenten, die Werkzeuge und Spritzteile preis­günstiger als die sogenannten Hochlohnländer fertigen konnten, drängen mehr und mehr auch Anbieter aus Fernost auf diesen Markt. Deshalb sind die ortsansässigen Kunststoffverarbeiter immer bestrebt, innovative und wirtschaftliche Verfahren zu nutzen, um diesem Kostendruck effizient be­gegnen zu können. Die FWB Kunststofftechnik GmbH arbeitet hier eng mit der LBC LaserBearbeitungs­ Center GmbH, dem Produzenten von additiv gefertigten Metallkomponenten, zusammen. Aus dieser Kooperation ging auch die aktuelle Umsetzung der Werkzeugeinsätze für Spritzgussteile hervor.

Herausforderung

Im konkreten Fall ging es um die Herstellung von Formkernen für ein 16-fach-Produktionswerkzeug zur Serienfertigung von Spritzgießteilen aus Kunststoff. Die Anforderungen, die an solche Komponenten gestellt werden, leiten sich aus der eingangs geschilderten Situation in der europäischen Spritzgießproduktion ab. Die Produktlebenszyklen werden zunehmend kürzer, was eine besondere Flexibilität im Werkzeugbau nach sich zieht. Die Determinanten sind hier neben einer schnellen, kostengünstigen Entwicklung und Umsetzung der Formen auch deren Einsetzbarkeit in hoch automatisierten Fertigungszellen mit entsprechender Autarkie. Das heißt im übertragenen Sinn: Die Werkzeuge müssen nicht nur schnell und kosteneffizient zur Verfügung stehen, sondern auch über lange Zeiträume hinweg hochpräzise arbeiten.

Lösung

Im September vergangenen Jahres konnte LBC ein neues Laser-Sinter-System des Typs EOSINT M 280 in die Herstellung integrieren. Dadurch kann die Firma die Produktion von lasergesinterten Teilen sowohl schneller als auch preiswerter anbieten, weil sich die Laserleistung von 200 auf 400 W verdoppelte. Werkzeugstahl 1.2709 lässt sich jetzt in verschiedenen Schichtstärken noch homogener verschweißen. Diese Produktivitätssteigerung bietet für den Werkzeug- und Formenbau der LBC-Kunden interessante neue Perspektiven, von denen auch FWB als Hersteller von Werkzeugen und Kunststoffteilen Gebrauch machte.

Zum Zeitpunkt des ersten Angebots wurde durch LBC eine kostenoptimierte Hybridlösung vorgeschlagen. Das maximal mögliche Volumen des Formeinsatzes sollte als Hybridrohling bei FWB gefertigt werden.
Der Aufbau der Kavität wurde zunächst auf die Kapazität der EOSINT M 270 von LBC berechnet. Nach Integration und Qualifizierung der EOSINT M 280 wurde das Projekt neu kalkuliert und zwei der insgesamt 16 herzustellenden Werkzeugkerne für das Produktionswerkzeug auf der neuen Anlage gebaut.

Ergebnisse

Die im EOS-Verfahren hergestellten Einsätze sind gegenüber konventionellen Formeinsätzen klar im Vorteil. Mit keinem anderen Verfahren lassen sich die Kühlkanäle in den Werkzeugeinsätzen so frei und nah an die Teilekontur heranführen. Ralph Mayer, Geschäftsführender Gesellschafter der LBC GmbH, erläutert: „Auch im vorliegenden Fall ist die Zykluszeit und die Teilequalität besser als bei Werkzeugen mit konventioneller Temperierung.“
Weiterer Pluspunkt ist der nur geringe Nachbearbeitungsaufwand. Im Fall von FWB brauchten die Einsätze lediglich noch in einem Durchlauf durch Schlichten endbearbeitet zu werden, um den Qualitätsanforderungen des Unternehmens vollständig zu entsprechen.

Nicht zuletzt die Tatsache, dass auch eine nur minimale Nachbearbeitung der vollständig lasergesinterten Komponenten notwendig war, veranlassten die Entscheider bei FWB, eine Überprüfung der Gesamtkosten durchzuführen. Daraus ergaben sich folgende weitere Vorteile: Insgesamt wurde die komplette additive Herstellung der Werkzeugeinsätze für FWB um 25 % wirtschaftlicher als die ursprüngliche Hybridlösung. Zusätzlich konnten durch den Einsatz des neuen Systems vier Wochen Fertigungszeit eingespart werden. Außerdem wies die Teilestruktur eindeutige Festigkeitsvorteile gegenüber den Hybridkomponenten auf, die aus zwei Teilen bestanden hätten. Ferner musste keine dauerhafte Verbindung zwischen vorgefertigtem Metall und nachträglich aufgebrachtem lasergesinterten Bereich hergestellt werden. Das Produktionswerkzeug wurde aufgrund dieser Erkenntnisse letztlich auf der EOSINT M 280 gefertigt. Der Einsatz des leistungsstärkeren Systems zeigt deutlich, dass sich die Produktion mit der neuen Anlagengeneration für FWB als Kunden wie für LBC als Produzent gleich in mehrfacher Hinsicht bezahlt gemacht hat. Mayer hält dazu fest: „Wir haben hier eine klassische Win-win-Situation: Wir können unsere Kunden mit der neuen Maschinentechnik noch flexibler beliefern, unsere Abnehmer profitieren von zeitlichen, finanziellen und qualitätsrelevanten Vorteilen. So stellen wir sicher, dass unsere Kunden sich bei uns gut aufgehoben fühlen, von unserem Know-how umfassend profitieren und uns damit auch über längere Zeiträume hinweg die Treue halten.“
3D-Ansicht der im Werkzeug verlaufenden Kühlkanäle, die über konventionelle Zerspanung nicht herstellbar sind (Quelle: LBC)
3D-Ansicht der im Werkzeug verlaufenden Kühlkanäle, die über konventionelle Zerspanung nicht herstellbar sind (Quelle: LBC)
„Die Kooperation mit LBC ist nicht zuletzt auch deswegen erfolgreich, weil Geschäftsführung und Mitarbeiter dort immer flexibel über Alternativen zum bestehenden Fertigungsprozess nachdenken. Die Spezialisten bei LBC konnten uns mit der Neuanschaffung der EOSINT M 280 eine neue Produktionsalternative aufzeigen, die ein optimales Ergebnis mit weniger Zeit- und Herstellungsaufwand zur Folge hatte.“
Michael Gerich, Abteilungsleiter Werkzeugmanagement bei der FWB Kunststofftechnik GmbH

„Durch die Integration der neuen EOSINT M 280 in unsere Produktion konnten wir unseren Kunden sofort zeit- und kostensparende Alternativen zur Herstellung von Hybridbauteilen anbieten. Durch die direkte Übertragung unserer Konstruktionsdaten auf die Maschinen und die komplette Fertigung auch größer dimensionierter Bauteile im Laser-Sinter-Verfahren verschaffen wir unseren Kunden wertvolle Zeit- und Kostenvorteile in der konturnahen Werkzeugtemperierung.“
Ralph Mayer, Geschäftsführender Gesellschafter der LBC LaserBearbeitungsCenter GmbH


Kurzprofil

FWB Kunststofftechnik GmbH steht für innovative Entwicklungsarbeit und technische Kompetenz in der Kunststoff-Spritzgusstechnik. Die Tätigkeitsfelder sind Spritzgusswerkzeuge, Automatisierung und Kunststoffteile.
Die LBC LaserBearbeitungs-Center GmbH bietet additiv gefertigte Werkzeugeinsätze für den Werkzeug- und Formenbau an. Besonderes Know-how hat das Unternehmen in den Bereichen konturnahe Temperierung und thermische Auslegung für Spritz- und Druckgusswerkzeuge.
 

Weitere Informationen

FWB Kunststofftechnik GmbH
www.fwb-gmbh.de

LBC LaserBearbeitungsCenter GmbH
www.lasergenerieren.de

Kontakt 

Wiebke Jensen
EOS GmbH
Electro Optical Systems
Wiebke Jensen
Robert-Stirling-Ring 1
D-82152 München
Tel: +49 89 893 36 2485
wiebke.jensen@eos.info

Downloads und weiterführende Links

EOSINT M 280

Führendes Laser-Sinter-System zum Herstellen von Metallprodukten direkt aus CAD-Daten

Industrieller 3D Druck für den Werkzeugbau

Additive Fertigung bietet Werkzeughersteller maximale Design- und Konstruktionsfreiheit.

Systeme für den industriellen 3D Druck mit Metallen

Werkzeuglose Fertigung hochwertiger Prototypen und Endprodukten aus Metall durch Additive Fertigung.

Druckguss

Werkzeugeinsatz für Druckgussanwendung (mit freundlicher Genehmigung von LBC)
Die DMLS-Technologie von EOS kann Temperierkanäle direkt und konturnah in ein Werkzeug integrieren und so dessen Wärmeableitung optimieren.