Kolumne: Geht das auch mit Kunststoff? Spritzguss auch mit Kunststoff…-Werkzeug?

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SKZ - Das Kunststoff-Zentrum

HSB Normalien GmbH

Müssen Werkzeuge im Spritzguss zwingend aus Stahl bestehen? Additiv gefertigte Harzeinsätze ermöglichen seriennahe Prototypen und Kleinserien aus Kunststoffen wie PP oder PA6 in nur wenigen Tagen.

Wer in der Kunststoffverarbeitung arbeitet, kennt die Fragestellung dieser Kolumnenreihe meist aus einer Richtung: Welches metallische oder anorganische Bauteil lässt sich durch ein smartes Polymer ersetzen? Doch heute drehen wir den Spieß um und betrachten die Sache von der anderen Seite: Geht Spritzguss eigentlich auch mit Kunststoff – und zwar aufseiten des Werkzeugs, welches aus einem gefüllten Harz additiv gefertigt werden kann?

Die erste Reaktion aus der Praxis ist meist vorsichtig: Warum um alles in der Welt sollte man Werkzeugeinsätze aus Harz verwenden? Die halten doch nichts aus!

Just in Time und Just Enough

Der eigentliche Vorteil liegt dabei nicht im Werkzeug selbst, sondern im Bauteil. Anstatt einen Prototypen mit Filament, Pulver oder Harz additiv zu fertigen, entsteht ein Bauteil aus exakt dem Material, das später auch in der Serie eingesetzt wird. Das ist dann interessant, wenn Werkstoffe verarbeitet werden sollen, die sich additiv kaum oder gar nicht herstellen lassen, etwa PP, POM oder PA6. Gleichzeitig entsprechen Oberflächen, Schwindung und Hinterschnitte deutlich eher dem späteren Serienprozess als bei einem additiv gefertigten Bauteil.

Gedruckte Harzeinsätze ersetzen keinen Stahl, schließen aber Lücken im Prototypen- und Kleinserienbau.

Das alles gelingt zu einem Bruchteil der Kosten eines Metallwerkzeugs und mit extrem verkürzten Durchlaufzeiten: Entwicklungszyklen verkürzen sich und Konstruktionsänderungen lassen sich innerhalb weniger Tage statt mehrerer Wochen bewerten. Wie groß dieser Zeitgewinn sein kann, zeigt die Erfahrung aus dem SKZ: so lagen zwischen einer Kundenanfrage am Montagmorgen und den ersten gefertigten Spritzgussteilen gerade mal vier Tage. Dadurch werden mehrere Werkzeug-Iterationen wirtschaftlich realisierbar, Produkte gelangen schneller zur Marktreife und auch Kleinserien werden spritzgießtechnisch interessant. Das gilt vom frühen Serienanlauf bis hin zur wirtschaftlichen Fertigung von Ersatzteilen und Auslaufprodukten in kleinen Stückzahlen. Für solche Anwendungen wäre ein konventionelles Stahlwerkzeug oft wirtschaftlich kaum zu rechtfertigen.

Materialspezifische Herausforderungen 

Dennoch bringt der Einsatz von Harzen materialspezifische Herausforderungen mit sich. Während Stahl die Wärme schnell aus dem Bauteil ableitet, wirkt Harz eher wie eine Isolationsschicht und wird bei Zykluszeiten schnell zum begrenzenden Faktor. Zudem erfordern hohe Spritzdrücke und Entformungskräfte eine präzise konstruktive Auslegung und eine angepasste Spritzgussprozessführung: wer die gewohnten Prozessparameter für ein Stahlwerkzeug eins zu eins überträgt, erlebt schnell eine böse Überraschung.

Additiv gefertigte Werkzeuge werden Stahl nicht ablösen, und das ist auch gar nicht das Ziel. Sie schließen vielmehr die Lücke zwischen additiv gefertigten Prototypen und seriennahen Werkzeugen. Entwicklung, Erprobung und Kleinserien lassen sich dadurch signifikant beschleunigen. Viel-leicht lautet die Antwort auf die Frage dieser Kolumne deshalb nicht nur „Ja“. Sie zeigt auch, dass Kunststoff manchmal genau dort überzeugt, wo man ihn am wenigsten erwartet – sogar im Spritzgießwerkzeug.