Spritzgießwerkzeuge aus Mineralguss für Kleinserienanwendungen (CompGuss)

Problemstellung
Die Herstellung von Spritzgießwerkzeugen für die Verarbeitung von Kunststoffen ist sowohl Material- als auch Personalaufwendig und daher mit hohen Kosten verbunden. In den meisten Fällen werden die Werkzeuge spanend aus einem massiven Stahlblock gefertigt. Auf diese Weise können hochpräzise Werkzeuge mit langen Standzeiten bzw. hohen „Schusszahlen“ gefertigt werden. Aufgrund der großen Stückzahlen, die mit einem derartigen Spritzgießwerkzeug gefertigt werden können, amortisiert sich die Anschaffung. Bei kleineren Serien oder bei der Prototypenfertigung ist die Anschaffung eines derartigen Werkzeuges jedoch wirtschaftlich nicht sinnvoll.

Projektziel
Ziel des hier vorgestellten Vorhabens ist es, ein neuartiges Fertigungsverfahren für Spritzgießwerkzeuge aus einer Verbundmasse (Mineralguss) zu erforschen und umzusetzen. Derartige Spritzgießwerkzeuge könnten für Kleinserien mit einer Stückzahl von bis zu 10.000 Stück eingesetzt werden und wären ca. 40 – 50 % preiswerter als Werkzeuge nach dem aktuellen Stand der Technik.

Vorgehensweise
Die Innovation besteht darin, dass Werkzeuge auf Basis einer Mineralguss-Masse aufgebaut werden. Die Masse, bestehend aus Quarzkies mit unterschiedlicher Körnung (von Pulver bis 8 mm Größe), Harz und Härter, wird zu Beginn des Projektes erforscht und mögliche Zusammensetzungen entwickelt. Die Masse wird in eine vorgefertigte Form gegossen und härtet dort in einer exothermen Reaktion aus. Die Form soll im 3D-Drucker hergestellt werden. Die Auslegung der Form sowie die Integration von speziellen Features (Auswerfer, Leitungen etc.) soll teilweise parallel zur Rezepturentwicklung der Mineralmasse stattfinden. Sobald erste Rezepturen und Formen entwickelt sind, werden Versuchsreihen zur Fertigung der Werkzeuge sowie zur Standzeit/Robustheit der Werkzeuge durchgeführt. Auf Basis der Versuchsergebnisse werden Rezeptur, Gussformen sowie Fertigungsprozess iterativ verbessert. Zum Ende des Projektes soll ein Demonstratorwerkzeug aufgebaut werden, an dem die Standzeit von ca. 10.000 Schuss bei erforderlicher Bauteilqualität nachgewiesen werden kann.

Ergebnisse und Anwendungspotential
Die Firma Sutter fertigt und vertreibt Werkzeuge für unterschiedlichste Anwendungsgebiete. Die Entwicklung und der Bau von Spritzgießwerkzeugen ist dabei eines der Hauptgeschäftsfelder. Die Vermarktung der Projektergebnisse erfolgt somit direkt durch die Fa. Sutter. Dabei werden Spritzgießwerkzeuge mit der neuartigen Verbundmasse und nach dem zu entwickelnden Verfahren gefertigt und dem Kunden zur Verfügung gestellt. Nach Projektende wird mit einer Dauer von ca. 1 Jahr gerechnet, um sowohl die Mineralgussmasse als auch das Fertigungsverfahren serienreif machen zu können. Die Fa. Sutter erhofft sich eine Umsatzsteigerung um 12 – 15 % in den nächsten 4 Jahren nach der Serienreife. Mit der Umsatzsteigerung wird auch eine Erhöhung der Beschäftigtenzahl um ca. 5 Mitarbeiter angestrebt.
Die Kunststoffverarbeitung ist insbesondere von kleinen und mittelständischen Unternehmen geprägt. Diese Unternehmen werden mit Hilfe des neuartigen Werkzeugaufbaus in die Lage versetzt, auch Prototypen- oder Kleinserien wirtschaftlich herzustellen. Es wird somit die Möglichkeit geschaffen, Industrieaufträge in Deutschland zu halten und die Chance auf Folgeaufträge kann erhöht werden.

• Werkzeug- und Formenbau Willy Sutter GmbH