Vergleichende Analyse zur Seriennähe von Rapid Tooling-Prozessketten und spritzgegossenen Kunststoffprototypen

Rapid Tooling-Verfahren bieten die Möglichkeit, in frühen Phasen der Produktentwicklung technische Prototypen aus dem Serienwerkstoff im Spritzgießprozess herzustellen. Trotz dieser Randbedingungen sind diese Prototypen nur seriennah aber nicht serienidentisch. Die Ursache hierfür liegt in den z.T. großen Unterschieden in den Eigenschaften der Prototypwerkzeuge – wie z.B. den thermischen Kennwerten – zum Serienwerkzeug. Hieraus resultieren vom späteren Produkt abweichende Eigenschaften des Prototypen. Zur Auswahl und zum Einsatz von RT-Werkzeugen und zur Auswertung von Funktionstests, in denen solche Prototypen verwendet wurden, ist die Kenntnis wichtig, wie stark die Eigenschaften von RT-Werkzeug und Prototypen von denen der Serie abweichen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden daher industriell relevante Rapid Tooling-Prozesse (Harzgießen, Metallspritzen, Feingießen, Keltool-Verfahren, direktes Selektives Lasersintern) für den Einsatz im Kunststoff-Spritzgießprozess vergleichend untersucht, um so die Unterschiede zum späteren Produktionsprozess offenzulegen. Hierzu wurden für verschiedene Probegeometrien mit Rapid Tooling-Verfahren Werkzeuge hergestellt, die anschließend im Spritzgießprozess bemustert wurden. Zusätzlich wurden Formteile gleicher Geometrie in einem Stahlwerkzeug hergestellt, um einen Vergleich zum Serienprodukt zu ermöglichen. Die durchgeführten Untersuchungen berücksichtigen die thermischen Prozessbedingungen und den Einfluss auf die Morphologie, die mechanischen Eigenschaften, die Schwindung und den Verzug des Prototypen sowie das Entformungsverhalten spritzgegossener Prototypen. Weiterhin wurde das Verschleißverhalten von Prototypwerkzeugen analysiert. Die durchgeführten Untersuchungen ermöglichen ein besseres Verständnis über die Seriennähe von Prototypwerkzeugen und der darin spritzgegossenen Prototypen. Somit wird eine Unterstützung der Verfahrensauswahl als auch eine aussagekräftige Bewertung von Funktionstests ermöglicht. Um die gewonnenen Erkenntnisse der Untersuchungen für eine Verfahrensauswahl besser nutzbar zu machen, wird abschließend das Konzept einer Software zur Auswahl für Prototyping-Verfahren vorgestellt.