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Entwicklung maßgeschneiderter Compounds
Neben klassischen Thermoplasten wie Polyolefinen, Polyvinylchlorid, Polyestern, Polyamiden, Polycarbonaten oder Styrolcopolymeren sowie deren Blends forschen wir an der Entwicklung von Biopolymeren, Wood Polymer Composites (WPC), Hochleistungskunststoffen, Nanocomposites und thermoplastischen Elastomeren (TPE).
Verarbeitung und Weiterbearbeitung von Kunststoffprodukten
Wir arbeiten an Themen mit starkem Bezug zur industriellen Umsetzung. Dabei können wir auf ein großes Netzwerk vertrauen, das unsere Kompetenzen ergänzt. So gelingt es uns, innovative Lösungen für Ihre Fragestellungen zu entwickeln.
Fehler entdecken und Gefahren minimieren
In der Kunststoffindustrie werden unterschiedliche Prüfmethoden zur Prozessüberwachung und Bauteilprüfung eingesetzt. Sie helfen bei der Schadensanalyse, Qualitätskontrolle und Produktüberwachung.
Auch im Abfall stecken wertvolle Rohstoffe
Wir arbeiten an Themen mit starkem Bezug zur industriellen Umsetzung. Dabei können wir auf ein großes Netzwerk vertrauen, das unsere Kompetenzen ergänzt. So gelingt es uns, innovative Lösungen für Ihre Fragestellungen zu entwickeln.
Analog war gestern – Industrie 4.0 ist die Zukunft
Die Digitalisierung ist ein Eckpfeiler der modernen Industrie. Sie birgt ein enormes Potenzial, um die Leistungen in der Produktion deutlich zu steigern und damit die Wettbewerbsfähigkeit in Deutschland zu stärken.
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Inlinequalität TSG IQFoam
Entwicklung von Verfahren zur Online-Qualitätssicherung bei geschäumten Spritzgussbauteilen
Projektdauer
Von: 01.10.2019 Bis: 31.03.2022Beschreibung
Das Thermoplast-Schaumspritzgießen gewinnt in Kunststoffverarbeitenden Unternehmen zunehmend an Bedeutung. In Hinblick auf Nachhaltigkeit, Ressourceneffizienz, Leichtbau und der Reduzierung von CO2-Emissionen ist diese Technologie nicht mehr aus der Zukunftsstrategie von Firmen wegzudenken.
Dieses Sonderverfahren der Spritzgießverarbeitung stellt Verarbeiter hinsichtlich einer Prozessoptimierung jedoch vor große Herausforderungen. Fehlstellen im Bauteil sind mit bloßem Auge zumeist nicht zu erkennen. Eine nachgelagerte Charakterisierung aufwändig und teuer. Dies erschwert die Implementierung des Verfahrens in den laufenden Betrieb bei gleichzeitiger Gewährleistung höchster Qualitätsansprüche.
Das durchgeführte Forschungsvorhaben untersuchte und bewertete den Einsatz bekannter Qualitätssicherungstechnologien mit speziellem Fokus auf dem Thermoplast-Schaumspritzgießen.
Verfahren, welche im Projekt untersucht wurden, umfassen die Gewichtsmessung, die Thermografie und den Werkzeuginnendruck. Für eine Implementierung in den Prozess erfolgte eine teilweise Adaptierung der Technologien und zugehörigen Mess- und Auswertesoftware. Um eine umfassende Evaluierung zu gewährleisten, wurden vier Werkstoffe evaluiert, welche sich in ihrem Verarbeitungsverhalten signifikant unterscheiden, ebenso wie drei in ihrem Aufbau verschiedene Spritzgießwerkzeuge. Die Ergebnisse aus den Untersuchungen zeigen, dass eine Prozessüberwachung und Prozessoptimierung mit Hilfe der untersuchten Maßnahmen in hohem Maße erfolgversprechend sind.
Hierbei liefert die Gewichtsmessung generische Antworten, inwieweit ein Prozess über viele Zyklen konstant läuft. Ein Einsatz zur Prozessoptimierung ist nicht zielführend, jedoch kann die Messtechnik in einem etablierten Prozess Schwankungen detektieren, welche auf Abnutzungserscheinungen der Anlagentechnik zurückzuführen sind. Hierzu zählen beispielsweise ein Verstopfen des Gasinjektor, ein fortschreitender Abrieb an der Rückstromsperre oder eine unzureichende Förderung des Treibmittels bzw. Granulats.
Die Werkzeuginnendruckkurven geschäumter Bauteile unterscheiden sich signifikant von den kompakt gespritzten Proben. Ihr Verlauf ist jedoch ebenfalls für das Sonderverfahren charakteristisch und ist detailliert im Rahmen dieser Arbeit beschrieben. Insbesondere Prozessparameter, welche die Homogenisierung der gasbeladenen Schmelze betrachten, können mit dieser Qualitätssicherungstechnologie umfassend evaluiert werden. Zukünftig können diese Erkenntnisse in die Maschinensteuerung der Spritzgießmaschine integriert werden, welche bereits heute im Bereich des Kompaktspritzgießens den Werkzeuginnendruck zur automatisierten Prozessregelung heranzieht.
Die Thermografie bietet hinsichtlich der Optimierung der Schaumstruktur den größten Mehrwert. Das Fließverhalten und die Ausbildung von Schaumstrukturen kann über das gesamte Bauteil erfasst werden und wichtige Informationen zur Prozessoptimierung, Analyse von Fehlerbildern und Verbesserung der Werkzeugauslegung liefern. Durch eine vereinfachte Darstellung als Differenzbild kann der erfahrene Maschinenbediener für jedes Bauteil schnell die optimierten Prozessparameter bestimmen.
Um auf eine aufwändige nachgelagerte Analyse der Schaumstruktur verzichten zu können, wurde im Rahmen dieses Projekts eine einfache Systematik zur Erfassung der Schaumstruktur an einer Bruchkante mit Hilfe eines hochauflösenden Scanners und die Verarbeitung der Daten mit einer speziell für dieses Vorhaben adaptierten Software entwickelt. Der Messaufbau erlaubt eine erste Bewertung des Porenaufbaus über die Bauteilbreite bei einer vollständigen Automatisierung des Messprotokolls in unter 2 Minuten. Hierdurch kann eine Korrelation der an der Anlage gewonnen Messdaten aus der Qualitätssicherung schnell mit der tatsächlich Bauteilstruktur erfolgen.
Die Erkenntnisse aus diesem Vorhaben steigern in hohem Maße die Wettbewerbsfähigkeit von Unternehmen, insbesondere KMU und fördern die Implementierung von Leichtbau-Strategien. Die hier beschriebenen Qualitätssicherungstechnologien sind in ihrer Anschaffung kostengünstig und im Betrieb robust in die laufende Produktion integrierbar.
Die gesamten Forschungsergebnisse können einem umfangreichen Forschungsbericht entnommen werden, der per E-Mail an research@skz.de bestellt werden kann.
