(c) SIGMA Engineering GmbH

Ressourcen schonen dank Simulation: Wie Virtual Molding die Materialverschwendung bei Gummi, Thermoset und LSR eindämmt

Ressourcen sind endlich. Das gilt auch in der Branche des Kunststoffspritzgießens. Vor allem heute, zu Zeiten, in denen Nachhaltigkeit und Umweltfreundlichkeit ganz großgeschrieben werden, geht es darum, eine ressourcenschonende Produktion umzusetzen.

Was das für den Materialeinsatz beim Kunststoffspritzguss bedeutet und wie sich Ressourcen mittels Virtual Molding schonen lassen, erfahren Sie in diesem Beitrag.

Ressourcen schonen dank Simulation: Wie Virtual Molding die Materialverschwendung bei Gummi, Thermoset und LSR eindämmt (c) Materialverschwendung ©  Jemva/shutterstock.com

Ressourcen schonen dank Simulation: Wie Virtual Molding die Materialverschwendung bei Gummi, Thermoset und LSR eindämmt

Spritzgießen: Welches Material wird wo verwendet?

Im Thermoplastbereich wird die Materialverschwendung unter anderem durch direktes Recycling in der Produktion eingedämmt. Ausschuss und Angüssen werden hier zerkleinert, mit neuem Material vermischt und aufgeschmolzen dem Prozess wieder hinzugeführt.

Im Gegensatz zum Thermoplast, sind LSR, Gummi und Thermoset nicht wieder aufschmelzbar und recyclebar. So wandert vor allem Material aus Überlaufkavitäten und Angusssystemen direkt in den Müll. Gleiches gilt für Ausschussteile. Die Folge: eine hohe Materialverschwendung. So kann der Abfall bei Hochkaliber-Werkzeugen im Gummibereich bis zu 50 % vom eigentlichen Schussgewicht des Bauteils betragen. Bei weniger Kavitäten sowie bei duroplastischen Werkzeugen beträgt der Abfallanteil rund 20 %.

Materialverschwendung ganz einfach im Vorfeld verhindern

Ob Gummi, Thermoset oder LSR – im Grunde ist es gleich, welches Material beim Spritzguss zum Einsatz kommt. Verschwenden lässt es sich überall. Mal ist es zu viel verfahrensbedingter Abfall, wie zum Beispiel Anspritzreste, Reste beim Abstechen oder Reste aus dem Heißkanal, mal eine falsche Maschinenauswahl, eine falsche oder ungenaue Temperierung bzw. thermische Trennung zum Kaltkanal oder aber der Energieverlust an die Umgebung durch mangelnde Isolierung des Werkzeugs. Doch das muss nicht sein. Denn Ressourcen lassen sich in jedem Fall sparen. 

Die Lösung, um Materialverschwendung zu reduzieren, liefert das virtuelle Spritzgießen, auch Virtual Molding genannt. Hierbei hilft eine Software, Füllbilder am Computer zu simulieren, den ganzen Prozess des Spritzgießens mit abzubilden und diesen somit erst virtuell und dann in der Realität zu optimieren. Dabei lassen sich alle Prozessparameter, das heißt von Produktionszeiten über Temperaturen bis hin zum genutzten Material, exakt aufzeigen und ihr Einfluss untereinander sowie auf die Bauteilqualität darstellen. 

Zudem gibt das virtuelle Spritzgießen pro Kombination aus Material und Temperatur genaueste Auskunft über Produktionszeit, -kosten und Materialverschwendung – für mehr Effizienz in allen Bereichen. Der entscheidende Vorteil dabei: Virtuell durchgeführte Versuche lassen sich mittels Simulation schnell und günstig durchführen, ohne dass Risiken für die laufende Produktion entstehen. Verschiedene Szenarien können rein virtuell am Computer evaluiert und der Einfluss aller Änderungen auf die Verschwendung von Material direkt abgeleitet werden. Eine Steigerung der Zykluszeit durch etliche Trial-and-Error-Durchgänge oder blockierte Produktionszeit der Maschine können durch den virtuellen Testlauf gar nicht erst entstehen.

So hilft das virtuelle Spritzgießen gegen die Verschwendung von Material

Erfahrungsgemäß liegt die Materialersparnis durch Virtual Molding bei rund 10 %. In der Produktion lassen sich zudem bis zu 30 % an Zykluszeit, Energie und Stillstandszeit einsparen. Dabei gibt es drei entscheidende Stellen, an denen der virtuelle Kunststoffspritzguss dabei hilft, Material einzusparen:

  1. Die richtige Auslegung von Angusssystemen: Hier hilft die Simulation dabei, die Auslegung der Angusssysteme mit möglichst geringem Volumen zu realisieren. Zudem schafft sie gleichzeitig die Möglichkeit, den Einsatz von Kaltkanälen zu prüfen und so den Anteil des vernetzten Materials im Anguss zu reduzieren.
  2. Die passende Prozessauslegung: An dieser Stelle sorgt das virtuelle Spritzgießen dafür, einen stabilen Spritzgießprozess zu finden, der konstant gute Teile produziert. So wird ein Ausschuss durch Schlecht-Teile vermieden.
  3. Auslegung bzw. Vermeidung der Überlaufkavitäten: Hierbei kann die Software für den virtuellen Spritzguss helfen, um die Überlaufkavitäten optimal zu positionieren und ihre Größe so gering wie möglich zu halten.

Das sind die besten Lösungen zur Vermeidung von Materialverschwendung

Viel hilft viel? In Zeiten von Nachhaltigkeit und Umweltfreundlichkeit sind diese Aussagen längst überholt. Die Märkte verändern sich zunehmend in Richtung ressourcenschonende Produktion und mit ihnen die Anforderungen. Allein der wachsende Markt der E-Mobilität sorgt dafür, dass punktgenaues Spritzgießen extrem an Wichtigkeit gewinnt. Material einzusparen und Materialverschwendung zu reduzieren, ist eng damit verknüpft. An diesen drei Stellschrauben können Sie drehen:

1. Zykluszeiten optimieren

Große Einsparpotenziale liegen in der Optimierung der Zykluszeiten. Lassen sich diese minimieren, so werden Personalkosten eingespart, die Maschine steht früher für neue Projekte zur Verfügung und – ganz wichtig – Ressourcen werden geschont. Virtual Molding hilft an dieser Stelle, versteckte Potenziale in laufenden Prozessen aufzudecken, ohne die Produktion zu behindern. Statt in etlichen Trial-and-Error-Durchgängen viel wertvolles Material zu verschwenden, werden alle Änderungen zunächst virtuell vorgenommen. Erst wenn das Ergebnis perfekt ist, findet es Anwendung in der Praxis. 

2. Bauteil und Werkzeugkonzept vor der Produktion aufeinander abstimmen

Material lässt sich ebenfalls einsparen, wenn Ausschuss vermieden oder zumindest reduziert wird. Dafür ist es zum einen wichtig, dass alle Abteilungen frühzeitig miteinander kommunizieren, um Fehler im Prozess durch Unwissenheit oder mangelnde Informationen zu vermeiden. Zum anderen ist es entscheidend, dass Werkzeug und Bauteil optimal aufeinander abgestimmt sind. Denn ein stabiler Prozess mit sehr genauer Kenntnis aller Parameter führt zu einer effizienteren Abstimmung von Materialien und Rohstoffen. Das spart beim Spritzguss eine Menge an Material und Energie.

3. Material einsparen und Ressourcen schonen durch die Abstimmung von Werkzeug und Maschine

Prozessbedingt kann beim Spritzguss mit Kunststoff ein unerwünschter Materialüberstand, ein sogenannter „Flash“ entstehen. Als zusätzlicher, nicht geplanter Abfall erfordert er nicht nur eine manuelle Nacharbeit, sondern sorgt für eine weitere Quelle der Materialverschwendung. Um das zu vermeiden, kommt es auch auf die optimale Auslegung von Werkzeug und Maschine an. Denn die beste Geometrie und der beste Prozess bringen nichts, wenn die Maschine die Anforderungen nicht umsetzen kann – Stichwort Zuhaltekraft und Plattendeformation. Wer weniger Material verschwenden will, sollte Werkzeug und Maschine deswegen mit Hilfe von Virtual Molding bereits vor der Produktion aufeinander abstimmen. 

Material sparen beim Kunststoffspritzguss – ein Beispiel aus der Praxis

Wie sich beim Kunststoffspritzguss Material einsparen und die Materialverschwendung reduzieren lässt, zeigt folgendes Praxisbeispiel der Firma Aspem Ferramentaria in Brasilien. Sie nutzte Virtual Molding, um ein Werkzeug mit 48 Kavitäten in einer Größe von 700 x 550 mm² zu optimieren. 

In einem ersten Schritt galt es, das Temperaturverhalten des Werkzeugs zu betrachten. Dafür wurde die komplette Werkzeugauslegung inklusive aller Heizelemente mittels virtuellem Spritzgießen nachgestellt und der Prozess virtuell für mehrere Zyklen durchgeführt. Dabei zeigte sich, dass die mittlere Temperatur in den Kavitäten in den vier Ecken des Werkzeugs niedriger war als im Rest des Werkzeugs. Die Lösung nach mehreren Simulationsvorgängen: Alle vier Kavitäten wurden entfernt, um die Verschwendung von Material zu vermeiden und die Zykluszeit von 340 Sekunden auf 310 Sekunden zu verringern.

Die zweite Zielsetzung bestand in einer Reduzierung der benötigten Rohmaterialien. In diesem Fall wurde ein Kaltkanal benutzt und die Verkleinerung des Kanaldurchmessers erwogen. Mehrere Simulationen konnten helfen, die richtigen Maßnahmen zu finden, um den Materialverbrauch signifikant zu senken.

Material einsparen ist keine Mammutaufgabe – so funktioniert es im Alltag

Wenn es darum geht, beim Kunststoffspritzguss mit Thermoset, LSR und Gummi Material zu sparen, gilt eines: Veränderungen erst in der Simulation testen, dann in der Realität umsetzen. Auf der sicheren Seite ist dabei, wer einen kompetenten und erfahrenen Partner an seiner Seite hat. Dieser kann nach einer Ist-Analyse die ersten Testläufe optimal definieren, um Optimierungspotenziale aufzudecken. 

Dann sollte die Kommunikation mit dem Werkzeugbauer stattfinden, um eventuell weitere Optimierungen mittels Simulation durchzuführen. Ist dies getan, erfolgt die Umsetzung in der Praxis. Parallel finden weitere Berechnungen hinsichtlich des Prozessfensters statt. So entsteht ein rundes Gesamtkonzept, das die Verschwendung von Material beim Kunststoffspritzguss erheblich reduzieren kann.

 

Bewerbung

Wir freuen uns auf Ihre Bewerbung. Kontaktieren Sie uns telefonisch unter
+49 241 89 495-0.

Sie können uns Ihre Bewerbungsunterlagen auch gerne per Post zusenden:

SIGMA Engineering GmbH
Kackertstr. 11
52072 Aachen
Germany

Diese Website nutzt Cookies, um bestmögliche Funktionalität bieten zu können.

Infos zum Datenschutz    -    Impressum


Ablehnen Akzeptieren