Rapid Tooling -Werkzeugbau mittels additiver Fertigung
Aktualisiert: 3. Okt. 2021
Neben dem Rapid Prototyping und dem Rapid Manufacturing ist das Rapid Tooling eine weitere Anwendungsebene für den 3D-Druck.
Beim Rapid Tooling spricht man vom schnellen Werkzeugbau. Diese Werkzeuge bzw. Formen finden vor allem in der Spritzgussherstellung Verwendung.
Wie war der Ur-/Ist-Zustand beim Werkzeug-/Formenbau?
Die Herstellung von Werkzeugen für die Spritzgusstechnik ist sehr zeit- und kostenintensiv. Der Zeitraum von der Idee bis zum fertigen Werkzeug kann schnell mehrere Monate betragen und nicht selten liegen die Kosten im fünfstelligen Bereich und höher.
Werkzeuge sind ein entscheidender Faktor, wenn wir eine gute bis sehr gute Bauteilqualität erreichen wollen. Diese Werkzeuge werden mit den herkömmlichen Bearbeitungsmethoden wie CNC-Fräsen, Erodieren und Schleifen auf den entsprechenden Maschinen hergestellt.
Diese spanende Bearbeitung hat Grenzen bzw. Einschränkungen.
Beispielsweise können die notwendigen Kühlbohrungen nur gerade in das Werkzeug eingearbeitet werden. Es kann dadurch zu unterschiedlichen Abkühlgeschwindigkeiten beim späteren Spritzgussbauteil kommen, da die Bauteilkonturen nicht nur geradlinig verlaufen.
Das Werkzeug besteht mindestens aus zwei Teilen, in denen die Negativform des herzustellenden Bauteils eingearbeitet ist. Der gewünschte Kunststoff wird in diese Negativform eingespritzt.
Wie funktioniert Rapid Tooling?
Wir unterscheiden auch beim Rapid Tooling wieder zwei Bereiche.
Direct Tooling - das Herstellen von Werkzeugen, die auch für die langfristige Produktion von Bauteilen gedacht sind.
Die andere Variante ist das Prototype Tooling. Das Werkzeug wird nur hergestellt, um den Entwurf eines Modells bzw. einer gewünschten Form abzubilden.
Unser Interesse gilt hauptsächlich dem Direct Tooling.
Wie im Video oder im verlinkten Artikel genauer beschrieben, besteht ein Spritzgusswerkzeug aus vielen Einzelteilen (z.B Formplatte, Auswerferbolzen, Führungsbolzen, etc.).
Beim Rapid Tooling werden nicht alle Komponenten gedruckt, sondern nur die Werkzeugeinsätze inklusive Kühlkanäle oder spezielle Schieberelemente. Dabei werden die Kühlkanäle konturnah konstruiert, um die Zykluszeiten zu reduzieren und den Verzug von Bauteilen zu minimieren.
Durch das Verkürzen der Zykluszeiten steigern wir die Produktivität der Spritzgussanlage.
Für das Rapid Tooling werden Metalle, wärme resistente Kunststoffe und Mineralien, zum Beispiel Sand, verwendet.
Die Haltbarkeit der Werkzeuge kann je nach Druckmaterial sehr unterschiedlich ausfallen.
In vielen Fällen wird ein Formeinsatz gedruckt, das in die Formplatte mit eingeschraubt wird.
Was sollte beim Rapid Tooling beachtet werden?
Nicht alle Druckverfahren eigenen sich dafür.
Die geeigneten Verfahren unterscheiden sich stark in Langlebigkeit bzw. Haltbarkeit der Formwerkzeuge
Je nach Material des Druckwerkzeuges muss der Anpressdruck der Spritzgussmaschine reduziert werden.
Die gedruckten Werkzeugeinsätze müssen oftmals mechanisch nachbearbeitet werden, um die Oberflächenqualität zu verbessern.