Thermo-rheologische Optimierung additiv gefertigter Extrusionswerkzeuge

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Reinhard Schiffers; Professor Dr.-Ing. Gerd Witt
• Fachliche Zuordnung: Kunststofftechnik ; Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung seit 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 329847022

Bei der Gestaltung von Extrusionswerkzeugen wird seit Jahren auf bewährte Geometrien, wie beispielsweise Wendelverteiler für die Blasfolienextrusion, zurückgegriffen. Die Auslegung ist vor allem bei komplexen Varianten auch von fertigungstechnischen Restriktionen abhängig. Problematisch sind neben dem Temperaturhaushalt zudem die wandnahen Strömungen, die unmittelbar nach Eintritt in die Wendel als solche definiert werden und somit maßgeblich das Verweilzeitspektrum eines solchen Werkzeugs charakterisieren. Mit den heutigen Möglichkeiten der additiven Fertigungstechnik (AF)ergeben sich Potentiale zur thermorheologischen Optimierung der schmelzeführenden Kanäle. Die Erweiterung der geometrischen Freiheitsgrade gegenüber konventioneller Fertigungsverfahren erlaubt Strukturen und Kanalverläufe, welche das Strömungsverhalten positiv beeinflussen und damit die Werkzeugperformance steigern können. Fertigungstechnisch stellten insbesondere die Oberflächenqualitätender schmelzeführenden Kanäle eine große Herausforderung dar, sodass Bedarf an einer geeigneten Nachbehandlungskette besteht. Im Rahmen des Vorläufervorhabens wurde ein Demonstratorwerkzeug vorgestellt, welches auf Grundlage numerischer Strömungssimulationen ausgelegt undvollständig additiv gefertigt wurde. Primäres Ziel der Auslegung war es eine Homogenisierung der Temperaturverteilung innerhalb der Kunststoffschmelze durch radiale Mischelemente zu realisieren und das Verweilzeitspektrum am Auslass des Werkzeuges deutlich zu verringern, um Spülzeiten zu reduzieren. Für eine angemesseneProduktqualität muss dies ohne negative Einflüsse durch etwaige Bindenähte geschehen. Das im Rahmen des ersten Vorhabens erarbeitete und in ersten Versuchsreihen geprüfteDemonstratorwerkzeug konnte einen ersten Nachweis über eine Steigerung der Leistungsfähigkeit erbringen. Aus den gewonnenen Kenntnissen ergibt sich jedoch der Bedarf der Fortsetzung des Forschungsvorhabens mit dem Ziel die Simulationsmethodiken zu erweitern und ein tieferes Verständnis der Wechselwirkungen der Fertigungsprozesskette, den resultierenden Bauteileigenschaften und der Leistungsfähigkeit im Extrusionsprozess zu gewinnen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen