Simulation und Modellierung des Prozessverhaltens von teilkristallinen Materialien im Spritzgießsonderverfahren GITBlow
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Mit dem GITBlow-Verfahren, einem Spritzgießsonderverfahren, dass die Vorteile der Prozesse Gasinnendruckspritzgießen und Blasformen kombiniert, lassen sich große, dünnwandige und geometrisch komplexe Hohlraumgeometrien mit angebundenen funktionalen Elementen in einem geschlossenen Verarbeitungsprozess herstellen. Es wird dabei zwischen der einstufigen und der zweistufigen Verfahrensvariante unterschieden. Im Einstufenverfahren wird ein GIT-Preform in einer Kavität produziert, die anschließend über einen hydraulisch betätigten Schieber erweitert wird und das Aufblasen des Preforms durch eine zweite Gasinjektion ermöglicht. Im Zweistufenverfahren wird der Preform auf einer Hälfte des Werkzeugs produziert und dann über eine Werkzeugrotation in die größere Aufblaskavität auf der anderen Werkzeughälfte transportiert. Mit beiden Verfahrensvarianten lassen sich eine Vielzahl thermoplastischer Kunststoffe verarbeiten. Beide Verfahrensvarianten lassen sich in drei Prozessschritte unterteilen, die jeweils aufeinander aufbauen: 1) Preformproduktion mittels Gasinnendruckspritzgießen; 2) Temperaturausgleich durch Wärmetransport; 3) Aufblasen mittels zweiter Gasinjektion. Schritt 1 und 3 folgen dabei den Gesetzmäßigkeiten der Gasinjektionstechnik bzw. des Blasformens, während der Temperaturausgleich in Schritt 2 ein GITBlow-spezifischer Schritt ist. Beim Einstufenverfahren wird dieser Schritt realisiert, indem nach der Kavitätserweiterung eine frei einstellbare Ausgleichszeit bis zum Aufblasen gewartet wird. Im Zweistufenverfahren erfolgt dieser Schritt während der Werkzeugöffnung und -bewegung. Temperaturdifferenzen im Preforminneren werden durch Wärmeleitvorgänge ausgeglichen, sodass der Aufblasprozess ermöglicht bzw. verbessert wird. Das beste Aufblasergebnis wird erzielt, wenn sowohl die Temperaturverteilung als auch das Temperaturniveau in der Preformwand möglichst optimal eingestellt sind. Da eine direkte Temperaturkontrolle an der Preforminnenwand aufgrund des geschlossenen Hohlraums nicht möglich ist, ist die Prozessauslegung auf simulative Methoden angewiesen. Inwiefern das simulierte Endergebnis mit der Realität übereinstimmt, hängt zusätzlich von den eingesetzten Materialien ab. Für Standardmaterialien zeigt der Vergleich mit realen Messergebnissen, dass sich das Aufblasergebnis mit hinreichender Genauigkeit vorhersagen lässt. Bei technischen Thermoplasten oder Sondermaterialien können jedoch Effekte auftreten, die sich in der Simulation nicht abbilden lassen. Hier ist experimentell eine Anpassung der Betriebspunkteinstellung vorzunehmen. Die Simulation ist allerdings dafür geeignet, die generelle Eignung dieser Materialien für das GITBlow-Verfahren zu überprüfen. Ist die Verarbeitung eines Kunststoffs gemäß der Simulationsergebnisse möglich, so können die Bauteilanforderungen im realen Prozess nach einer eventuellen Betriebspunktverfeinerung erreicht werden. Die Aufteilung des GITBlow-Prozesses in drei Prozessphasen, die jeweils separat modelliert und simuliert werden, erweitert das Prozessverständnis und ermöglicht eine optimierte und anforderungsgerechte Betriebspunktfindung für neue Bauteilgeometrien. Die entwickelte Methodik ist zwischen den Verfahrensvarianten übertragbar und kann auch unabhängig vom GITBlow-Verfahren zur Analyse der einzelnen Prozessschritte eingesetzt werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Comparison of the Processing Properties of Thermoplastics Elastomers and Thermoplastics Using Gas Assisted Injection Molding, 75th Annual Technical Conference of the Society of Plastics Engineers (ANTEC), Anaheim (USA), 2017
E. Moritzer Y. Martin B. Landgräber
- Investigations on the Production of Hybrid Structures Using the Two-Stage GIT-Blow Process, 33rd International Conference of the Polymer Processing Society (PPS), Mexico, 2017
E. Moritzer Y. Martin B. Landgräber
(Siehe online unter https://doi.org/10.1063/1.5121664) - Modeling and Simulation of the Inflation Step in the Two-Stage GITBlow-Process, 17th Annual International Polymer Colloquium (IPC), Madison (USA), 2017
E. Moritzer B. Landgräber Y. Martin
- Modeling and Simulation of the Inflation Step in the Two-Stage GITBlow-Process, 75th Annual Technical Conference of the Society of Plastics Engineers (ANTEC), Anaheim (USA), 2017
E. Moritzer B. Landgräber Y. Martin
- Inflation Behavior of Preforms in the Special Injection Molding Process GITBlow Combining Gas Assisted Injection Molding and Blow Molding, 76th Annual Technical Conference of the Society of Plastics Engineers (ANTEC), Orlando (USA), 2018
E. Moritzer Y. Martin B. Landgräber
- Simulative Analysis of the filling process in the 2K GITBlow process on organo sheets. 78th Annual Technical Conference of the Society of Plastics Engineers (ANTEC), Digital Conference, 2021
E. Moritzer M. Kröker
