Neue Maschinen, Werkstoffe und Verfahren

WZR: Feinere Flächen dank Keramik-Inlays

Formeinsätze aus technischer Keramik können die optische Qualität spritzgegossener Kunststoffteile sichtbar verbessern. (Foto: WZR)

Formeinsätze aus technischer Keramik können die optische Qualität spritzgegossener Kunststoffteile sichtbar verbessern. (Foto: WZR)

Unter dem Markennamen Cermold bietet die WZR Ceramic Solutions GmbH, Rheinbach, seit kurzem innovative Formeinsätze aus technischer Keramik für den Werkzeugbau im Kunststoff-Spritzgießen an. Diese im Rahmen des EU-Förderprojekts Keraopt zur Serienreife entwickelten Keramik-Inlays bilden gerade für die Herstellung von Kunststoffprodukten mit erhöhten Ansprüchen an die Oberflächenqualität eine Alternative zu den verbreiteten Formeinsätzen aus poliertem Stahl. Denn während die hohe Wärmeleitfähigkeit von Stahl die Polymerschmelze so schnell erstarren lässt, dass sich Fließlinien, Bindenähte und andere optische Makel in und auf der Oberfläche der Kunststoffteile zeigen, schließt der Hersteller der Cermold-Werkzeug-Inserts solche Qualitätsmängel nahezu aus. Dank der niedrigeren Wärmeeindringzahl der keramischen Formeinsätze können mit ihrer Hilfe zudem exakt gesteuerte Erstarrungsprozesse gefahren werden. Dadurch verbessert sich auch die Abformgenauigkeit der Kunststoffschmelze, was die Herstellung fein detaillierter Strukturen ohne optische Qualitätsmängel ermöglicht.

Sicht- und fühlbare Veredelung

Beim Spritzgießen von Kollimatorlinsen für die Medizintechnik ließen sich dank der geringen Oberflächenrauigkeit der keramischen Werkzeugeinsätze funktionelle Verbesserungen erzielen - rechts im Bild die mit keramischen Formeinsätzen spritzgegossene Linse; die linke Linse wurde konventionell mit Stahleinsatz spritzgegossen. (Foto: WZR)

Beim Spritzgießen von Kollimatorlinsen für die Medizintechnik ließen sich dank der geringen Oberflächenrauigkeit der keramischen Werkzeugeinsätze funktionelle Verbesserungen erzielen – rechts im Bild die mit keramischen Formeinsätzen spritzgegossene Linse; die linke Linse wurde konventionell mit Stahleinsatz spritzgegossen. (Foto: WZR)

Mit den Keramik-Einsätzen von WZR lässt sich darüber hinaus ein geringer Ra-Wert der Kunststoff-Oberflächen erzielen, sodass die Endprodukte glatt, anmutig und hochwertig ausfallen. Dieser Effekt erklärt sich mit dem eigenen niedrigen Ra-Wert der Keramikeinsätze. Er liegt in der polierten Ausführung bei 0,002 µm, während der Ra-Wert eines auf Hochglanz polierten Werkzeugstahls mit etwa 0,011 µm deutlich höher ausfällt. Der niedrige Ra-Wert ist unter anderem das Ergebnis einer erfolgreichen Zusammenarbeit mit der Walther Trowal GmbH, Haan, die ein modifiziertes Polierverfahren für diese Anwendung entwickelte.

Vor allem Hersteller anspruchsvoller Design-, Consumer- und Optik-Produkte könnten von den Vorteilen der neuen Werkzeugeinsätze profitieren. Werden die Inlays nämlich beispielsweise in Spritzgießwerkzeugen zur Herstellung von Gehäuse-Halbschalen für Smartphones verwendet, so führt dies zu einer sicht- und fühlbaren Veredelung der Oberflächen. Zahlreiche weitere Pilot- und Praxisreihen von WZR bestätigen das Potenzial der keramischen Einsätze. Der Engineering-Chef von WZR, Dr. Dieter Nikolay, ergänzt: „Selbst beim Gießen hochwertiger Kollimatorlinsen für die Medizintechnik ließen sich aufgrund der sehr geringen Oberflächenrauigkeit der Cermold-Inlays deutliche funktionelle Verbesserungen erzielen.“ Kollimatorlinsen werden beispielsweise für die Parallelbündelung von Röntgenstrahlen genutzt.

Zwei Millionen Zyklen realisiert

Zur kundenspezifischen Fertigung der Cermold-Inlays greift WZR unter anderem auf seine Kompetenzen in der CNC-Bearbeitung von keramischen Werkstoffen zurück. Dabei nutzt das Unternehmen hoch belastbare technische Keramikwerkstoffe, die für diese Anwendung ausgewählt und in Reihenversuchen qualifiziert wurden. Sie weisen die gleiche thermische Dehnung und den gleichen E-Modul wie Werkzeugstahl auf. Daher lassen sich die neuen Formeinsätze auch ohne Anpassungsaufwand in bestehende Spritzgießwerkzeuge integrieren. „In seriennahen Versuchsreihen konnten mit unseren Cermold-Formeinsätzen bereits bis zu zwei Millionen Zyklen problemlos gefahren werden“, berichtet Nikolay.

Die neuen Keramikeinsätze sind das marktreife Ergebnis der mehrjährigen Entwicklungsarbeit eines Firmenkonsortiums, zu dem auch das Kunststoffinstitut Lüdenscheid gehört. Das Projekt wurde mit Fördergeldern aus dem Europäischen Fonds für regionale Entwicklung „Investition in unsere Zukunft“ der Europäischen Union realisiert.

www.wzr.cc

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