Rapid Tooling

Der Begriff Rapid Tooling (deutsch: schneller Werkzeugbau) beschreibt ein Anwendungsgebiet von generativen Fertigungsverfahren für die Herstellung von Werkzeugen (englisch Tool) oder Werkzeugbestandteilen im Werkzeugbau oder Formenbau, insbesondere von Kunststoffspritzwerkzeugen.

Wesentlicher Grund für den Einsatz eines generativen Fertigungsverfahrens zur Herstellung eines Werkzeugs oder Werkzeugeinsatzes ist die Möglichkeit, interne konturnahe Kühlkanäle in diese zu integrieren. Solche generativ gefertigten Werkzeuge oder Werkzeugeinsätze zeichnen sich durch verbesserte Kühlleistungen gegenüber Werkzeugen aus Vollmaterial aus. Daraus resultieren reduzierte Zykluszeiten und verbesserte Bauteilqualität durch reduzierten thermischen Verzug.

Auch Kombinationen von konturnaher Kühlung und Temperierung in einem Werkzeug sind möglich: So werden bei Miele für die Fertigung von Staubsaugeroberteilen sowohl beheizte als auch gekühlte Zonen in das Werkzeug integriert. Das Medium soll als konturnahe Kühlung bei rund 15 °C wirken, während es bei den sichtbaren Oberflächen mit rund 50 °C für die Hochglanzoptik sorgt. Man spricht auch von einer „thermischen Differenzierung“ im Werkzeug.[1]

Diese Wirkung kann auch noch gesteigert werden durch die Verwendung einer Parallelkühlung im Werkzeugeinsatz: Bei einer Parallelkühlung wird mehr Kühlmittel an die Kavität oder die Formteiloberfläche gebracht, als bei einer einfachen konturnahen Kühlung mit einem langen Kühlkanal. Bei einem langen Kühlkanal nimmt die Kühlleistung kontinuierlich mit der Strecke ab. Weiterhin wird bei der Parallelkühlung jede Kühlschleife mit frischem Kühlmedium versorgt, was eine gezieltere Kühlung zur Folge hat. Ergebnis ist daher eine dynamische und gleichmäßige Kühlung. Der gewünschte Effekt wird dadurch gesteigert – im Sinne der Teilequalität und der Zykluszeitreduktion.

Ein weiterer Grund für den Einsatz von Rapid Tooling ist die einfache Reproduzierbarkeit der Werkzeuge und die demzufolge verringerte Lagerhaltung derselben. Da Rapid Tooling wenig Zeit benötigt, ist es möglich, Werkzeuge schnell nach zu produzieren[2].

Temperiermedium

Dreh- und Angelpunkt ist ein sauberes Kühlmedium. Man spricht vom „geimpften Wasser“, wobei es sich um eine chemische Lösung handelt, die im geschlossenen System zirkuliert und frei von Partikeln, Schwebstoffen oder Verkeimung ist. Üblich ist oft ein Korrosionsinhibitor im pH-Bereich von 7,5 bis 10 (Ferrofos 8579 von Kurita). Die Dispergiermittelkomponente dieses Mediums verhindert Ablagerungen an den Rohrwandungen und bietet somit die Gewähr für die Ausbildung eines optimalen Korrosionsschutzfilmes. Diese Anforderung ergibt sich aus den Kühlkanälen. Sie sind bisweilen sehr gering im Querschnitt und es muss sichergestellt werden, dass die Kanäle sich nicht zusetzen.

Optionen von konturnahen Temperierungen

  • Basis: Temperaturmedium im geschlossenen System mit Korrosionsinhibitor
  • Integration von Werkzeugeinsätzen mit konturnahen Temperierkanälen
  • Optionale Wärmeabfuhr und -zufuhr
  • Konturnahe Distanz zur Kavität bei ca. 2–3 mm
  • Weniger Verzug, Einfallstellen und Ausschuss
  • Zykluszeitreduktion von 10 bis 30 %

Einzelnachweise

  1. ↑ online Kunststoffe 10/2011, Carl-Hanser-Verlag, München, 2011, Seite 157–159
  2. ↑ Marcel Rolf Pfeifer: Rapid Prototyping Technologies for Manufacturing and Maintenance Activities. In: Technological Engineering. Band 14, Nr. 2, 1. Dezember 2017, S. 30–32, doi:10.1515/teen-2017-0018 (englisch, sciendo.com [abgerufen am 12. Oktober 2020]).