Ceramic-Injection-Moulding-Pro-Verfahren

Kläger fertigt seriennahe Spritzgussteile aus technischer Keramik

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Time to Market: Die Schnelligkeit, mit der man Produkte und Dienstleistungen an den Markt bringen kann, ist neben technologischem Know-how, Produktqualität und betriebswirtschaftlichen Rahmendaten ein entscheidendes Element für den unternehmerischen Gesamterfolg einer Idee oder eines Produkts. Diese Management-Faustformel gilt ganz unabhängig vom Produkt oder der Branche. Auch in der technischen Keramik ist der Hype um die additive Fertigung von Prototypen mittlerweile angekommen. Um seriennahe Spritzgussteile aus technischer Keramik schnell zur Verfügung stellen zu können, verfolgt die Kläger Spritzguss GmbH & Co. KG nun einen interessanten alternativen Ansatz.

Jens Graf, Leitung Marketing und Vertrieb, Kläger Spritzguss GmbH & Co. KG, Dornstetten

Inhaltsverzeichnis

1. Seriennahe Prototypen für den Funktionstest 2. Schnellere und seriennähere Prototypen 3. Additive Tooling und Spritzgießen 4. Kleinserien im Spritzgussverfahren 5. Auch kleine Losgrößen wirtschaftlich fertigen 6. Wertschöpfungspartner im besten Sinne 7. Wozu technische Keramik? 8. Immense Vorteile

Nach wie vor gehört die technische Keramik nicht zu den etablierten Werkstoffen in der industriellen Nutzung und auch das keramische Spritzgussverfahren ist für viele Konstrukteure und Entwickler immer noch exotisch. Auch wenn die keramischen Materialeigenschaften perfekte Bedingungen für hohe Anforderungen bieten, erfordert die geringe Erfahrung mit dem Hightech-Material, diese möglichst seriennah im Hinblick auf die Applikation zu verifizieren. Bislang konnten die hierfür notwendigen Muster als mechanisch gefertigte Bauteile aus Halbzeugen oder über die diversen additiven Fertigungsverfahren erstellt werden. Die Resultate: Je nach Geometrie machbar oder auch nicht, kostenintensiv, nicht unbedingt im vorgesehenen Serienmaterial und definitiv nicht mit dem späteren Herstellverfahren Spritzguss vergleichbar.

Grund genug für die Kläger Spritzguss GmbH & Co KG, Dornstetten, sich nach einer alternativen Methode, möglichst nahe am Spritzguss, umzusehen, diese zu verifizieren und zu etablieren. In enger Kooperation wurde dies erfolgreich umgesetzt, das neue Angebot bietet Anwendern einen hohen Wettbewerbsvorteil: Prototypen aus technischer Keramik können innerhalb von wenigen Werktagen seriennah gespritzt und anschließend den Folgeprozessen Entbindern und Sintern zugeführt werden. Die Nordschwarzwälder bieten damit im Rahmen ihrer Unternehmensphilosophie als Full-Service-Partner einen fast unschlagbaren Vorteil: eine mit vier bis sechs Wochen Bruttoproduktionszeit für Prototypen aus technischer Keramik rasante Time-to-Market-Komponente.

Seriennahe Prototypen für den Funktionstest

Seriennahe, kleine Prototypenchargen werden gefertigt, weil die Kunden schnell keramische Echtteile für ihre jeweilige Applikation zum seriennahen Test benötigen. Damit wird z. B. untersucht, ob es Interferenzen zwischen dem jeweiligen Zielmaterial, dem Produktionsverfahren und der Anwendung gibt. Die Verifikation von Material, Geometrie und Verfahren kann so schnell und einfach erfolgen – aber auch die komplexere Kombination dieser drei Komponenten. Die hohe Gestaltungsfreiheit des Spritzgießens macht es möglich, im optimalen Fall auch bei Keramikbauteilen im Rahmen des Ceramic Injection Mouldings (CIM), belastungsoptimierte Strukturen und Freiformflächen sowie komplexe Strukturen wie Hinterschnitte, Gewinde und Bohrungen so zu erzeugen, dass Materialverbrauch, Kosten und Gewicht minimiert und die Produkteigenschaften gesteigert werden können. Die intelligente Kombination von Spritzgießen und der zeitoptimierten Fertigung der dafür benötigten Werkzeuge macht den Mehrwert dieser Zusammenarbeit aus.

Schnellere und seriennähere Prototypen

Bereits im Entwicklungsstadium auf Serienwerkstoffe zurückgreifen und damit testen zu können, stellt für viele Anwendungen einen unschlagbaren Vorteil dar. Die Erkenntnis, dass die Materialauswahl und deren Eigenschaften im 3D-Druck stark limitiert waren, führte zur Entwicklung eines raffinierten Spritzgussprozesses. Die ersten Versuche brachten raschen Erfolg und so wurde das vollautomatisierte Spritzgusssystem stetig weiterentwickelt.

Additive Tooling und Spritzgießen

Im additiven Tooling werden keine kompletten Werkzeuge gefertigt, sondern nur die entsprechenden Formeinsätze im 3D-Druckverfahren. Diese bestehen aus oberflächenhartem und hitzebeständigem Duroplast und werden mit anderen Komponenten zu einer vollständigen Hybridform kombiniert. Die schnelle Umsetzung der 3D-Daten in reale, formgebende Werkzeugeinsätze und die damit mögliche schnelle Herstellung von CIM-Bauteilen auf kleinformatigen Spritzgießmaschinen mit Formzuhaltekräften von bis zu 10 t ergibt eine unvergleichliche Schnelligkeit des gesamten Herstellungsprozesses.

Kleinserien im Spritzgussverfahren

Das Spritzgussverfahren mit vorhandenen Stammwerkzeugen bietet sich für Kleinserien oder zur Verifizierung von Material und Verfahren an, wenn man das Axiom berücksichtigt, dass lediglich der formgebende Einsatz bauteilspezifisch herzustellen ist – und nicht das gesamte Werkzeug. Gleiches Equipment, gleicher Prozess, gleiches Material wie in der späteren Serie sind entscheidende Vorteile. Das große Plus: Gefertigt werden die Bauteile aus dem identischen Feedstock, der auch in der tatsächlichen Serienfertigung verwendet wird.

Alle Keramikarten und alle keramischen Spritzgussmassen können eingesetzt und im Serienverfahren identisch gespritzt werden. Anschließend werden die Grünteile, ebenfalls unter Serienbedingungen, entbindert und gesintert. Reine Materialien wie Al2O3 oder ZrO2 sind ebenso verwendbar wie aluminiumoxidverstärkte Zirkonoxidkeramik (ATZ) oder zirkonoxidverstärkte Aluminiumoxidkeramik (ZTA). Kläger ist damit also in der Lage, alle am Markt befindlichen CIM-Materialien, sowohl für Prototypen, in der Vorserie oder in der Serie, zu verarbeiten – gleichgültig, ob es sich dabei um Materialien mit POM-, PP- und PA-Bindern, Materialien auf Wachsbasis und chemisch oder katalytisch zu entbindernde Feedstocks handelt.

Auch kleine Losgrößen wirtschaftlich fertigen

Die wirtschaftlich sinnvoll zu fertigenden Losgrößen liegen zwischen einem und wenigen hundert Stück, die Teilegewichte zwischen 0,1 und 60 g. Das Ziel von Kläger bei diesem interessanten Angebot: Die Hemmschwelle beim Testen von Produkt- und Herstellungsalternativen so gering wie möglich halten, die Kosten für Prototypen minimieren, die Aussagefähigkeit für die Kunden verstärken und diese auf ihrem Weg zum Markt deutlich schneller machen.

Wertschöpfungspartner im besten Sinne

Vor 60 Jahren zur Herstellung von Kunststoffschalterdosen gegründet, ist die Kläger Spritzguss GmbH & Co KG seit mehr als zwei Jahrzehnten einer der führenden Hersteller von komplexen Spritzgießteilen: zum einen aus technischer Keramik, zum anderen aus unterschiedlichen hochwertigen Kunststoffen. Das langjährige Know-how in Sachen anspruchsvoller Keramikproduktion und Kunststoffteilefertigung, Werkzeugbau sowie Verarbeitung spezifischer Materialien setzt Kläger seit vielen Jahren als langfristiger Wertschöpfungspartner ein – ob für die Kundenproduktion oder im Auftrag als externer Werkzeugbauer. Kläger ist heute ein kompetenter Full-Service-Dienstleister und Partner für zahlreiche Hightech-Unternehmen: als Entwicklungspartner und zuverlässiger Hersteller von qualitativ hochwertigen Spritzgieß-Werkzeugen und als Produzent für hochwertige Serienteile im Spritzgießverfahren.

Wozu technische Keramik?

Keramische Spritzgussteile haben enorme Vorteile: Härte, Dichtigkeit, temperatur- und korrosionsbeständig, elektrisch isolierend, chemisch resistent geschmacks- und geruchsneutral und biokompatibel – all das können entscheidungsrelevante Vorteile sein. Produkte aus keramischem Spritzguss können in zweierlei Hinsicht herkömmlich gefertigte Produkte ersetzen: zum einen auf Material- und Verfahrensebene Metall- oder Kunststoffteile, zum anderen auf der Verfahrensebene traditionell hergestellte Produkte aus technischer Keramik. Selbstverständlich muss die Entscheidung über die einzusetzende Produktionstechnologie immer im Hinblick auf die Produktanforderungen und die Performance des Produkts getroffen werden. Die Substitutionsentscheidung kann dabei aufgrund höherer Applikationsanforderungen an ein bestehendes Produkt, wegen der Reduktionsmöglichkeiten der Herstellkosten oder aufgrund der Fertigung eines neuen Produkts für einen neuartigen Einsatzzweck fallen.

Immense Vorteile

Sowohl die technische Keramik als Konstruktionswerkstoff als auch die CIM-Verarbeitung als Verfahren sind in der Industrie nach wie vor relativ unbekannt und führen immer noch ein Nischendasein. Das möchte Kläger ändern. Dabei können kostengünstige Prototypen helfen, die Hemmschwelle zum Anstoßen einer Entwicklung zu senken, insbesondere dann, wenn die Prototypen auch eine gute Übertragbarkeit in die Serienfertigung bieten. Deshalb ist das CIM-Pro-Verfahren gut dazu geeignet, das CIM-Spritzgießverfahren praxisnah darzustellen und einzusetzen. Kunden können damit sowohl deutlich schneller als auch sicherer vereinfachte Entscheidungsprozesse vornehmen. Ein Zeit- und Kosten-Plus, die kostengünstige und schnelle Erprobung neuer Produktqualitäten und einer alternativen Fertigungstechnologie können einen erheblichen Vorteil am Markt bieten. bec

Detaillierte Informationen zum Keramikspritzguss (CIM Ceramic Injection Molding): hier.pro/VPYwF

Kontakt: Kläger Spritzguss GmbH & Co. KG Hochgerichtstraße 33 72280 Dornstetten Tel.: 07443 9633–0 Fax: 07443 9633–88 info@klaeger.de www.klaeger.de Geschäftsführer: Prof. Dr.-Ing. Roland Kläger

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