Spritzgießsimulation Sonntag, 25.06.2017

Mit Simulation erfolgreich auf biobasierte Kunststoffe umstellen

Gemeinsam mit der Simcon Kunststofftechnische Software GmbH hat die Forschernachwuchsgruppe am Institut für Biokunststoffe und Bioverbundwerkstoffe der Hochschule Hannover Datengrundlagen für die Spritzgießsimulation von biobasierten Kunststoffen mit der Software Cadmould® 3D-F® geschaffen.

Die Wissenschaftler um V.-Prof. Dr. Andrea Siebert-Raths optimierten mit dieser Software unter anderem die Verarbeitungsparameter zur Herstellung der fairen Computermaus. Der Verein Nager IT hatte die Gehäuse der Maus zunächst aus verschiedenen Materialien wie etwa ABS im Spritzgießverfahren produziert. Allerdings füllte sich das 4-fach Werkzeug nur ungleichmäßig, sodass vollautomatisch lediglich 50 Prozent der Leistungsfähigkeit erreicht wurden. Im Rahmen einer Materialumstellung auf ein teilkristallines PLA-Blend, entwickelt von der Forschernachwuchsgruppe, konnten die Wissenschaftler den Verarbeitungsprozess sowie die bestehende Spritzgießform mit Hilfe einer Füllsimulation deutlich optimieren.

Nach umfangreichen Materialanalysen der Wissenschaftler generierte Simcon auf Basis der ermittelten Kennwerte entsprechende Stoffdatensätze der entwickelten PLA-Blends für die Simulationssoftware. Als die Wissenschaftler nun den Spritzgießprozess simulierten, zeigten sich die gleichen Schwachstellen wie bei den Abmusterungsversuchen. Beispielsweise war das Füllverhalten der verschiedenen Kavitäten des Werkzeugs ungleichmäßig. In der Simulation konnten die Forscher den Angussdurchmesser und die Anschnitte anpassen und damit das Füllverhalten für die Kavitäten unterschiedlichen Volumens wesentlich optimieren. Über die Ergebnisauswahl „Momentaufnahme Nachdruck“ sowie „Formteil Qualität - Entformungszeit“ in Cadmould® 3D-F® gelang es, die Nachdruck- und Kühlzeit so zu optimieren, dass sich die Teile in der Praxis sauber vom Anguss trennten und zusätzlich die gesamte Zykluszeit reduziert war. Da in den Maushüllen weitere Teile wie Elektronik, Schrauben und das Scrollrad eingesetzt werden, dürfen Schwindung und Verzug nur minimal sein. Auch diese Eigenschaften ließen sich in der Simulation mit geringen Abweichungen zu den realen Messergebnissen darstellen. Die maximale Deformation laut Simulation beträgt 0,184 mm, damit sind die Toleranzwerte für das Gehäuse (max. 0,42 mm) und für die Platinen-Montage (max. 0,3 mm) eingehalten (siehe Abbildung). Nach Abzug der vorgegebenen Toleranzen sind die Abmaße für die Platinen-Montage sowohl in der Simulation als auch in der Praxis eingehalten, somit ist zum Beispiel eine Verschiebung der Platine ausgeschlossen.

Die Schwachstellen im Werkzeug konnten aufgezeigt werden und dadurch die Kosten zur Werkzeuganpassung auf ein Minimum gesenkt werden. Mit Hilfe der Simulation war letztlich die Umstellung von einem petrobasierten zu einem biobasierten Kunststoff am bestehenden Werkzeug unproblematisch.

Die Forschernachwuchsgruppe „Systematische Identifizierung sowie praktische Umsetzung von Synergien im Bereich der Biopolymere, Biopolymerfasern und Verbundwerkstoffe“ wird gefördert vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL). Projektträger ist die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR). Nach einer erfolgreichen ersten Projektphase von 2012 bis 2015 setzt die Forschergruppe ihre Arbeit in einer zweiten Projektphase bis zum Herbst 2017 fort. Weitere Informationen zur Forschernachwuchsgruppe erhalten Sie unter www.fng.ifbb-hannover.de
Ein ausführlicher Artikel zur Entwicklung des biobasierten Gehäuses der fairen PC-Maus ist auch im Bioplastics Magazine erschienen.

 

Unterschale des Gehäuses der fairen PC-Maus (CT-Analyse)

 

Bilder: IfBB – Institut für Biokunststoffe und Bioverbundwerkstoffe

AK
25.6.17