11/12/2012

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IKV: Neue Plastifiziereinheit für das Mikro-Spritzgießen

Mikrobauteile finden häufig in medizintechnischen Produkten oder im Consumerbereich als mikro-optische Systeme ihren Einsatz. Bei der Herstellung ist besonders die reproduzierbare prozess- und materialgerechte Plastifizierung der benötigten Kleinstmenge eine große Herausforderung. Konventionelle Plastifiziersysteme können in ihrer Baugröße nicht beliebig verkleinert und auf eine reproduzierbare Verarbeitung von Kleinstmengen an Kunststoffschmelze angepasst werden. Daraus ergeben sich bei der Herstellung solcher Mikrobauteile unerwünschte Masseschwankungen beim Einspritzen.

Kleinste Schmelzemengen reproduzierbar einspritzen
Das Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) in Industrie und Handwerk an der RWTH Aachen arbeitet derzeit an der Entwicklung einer neuartigen Plastifiziervorrichtung mit inverser Schnecke, erläutert das IKV den Hintergrund. Dabei sind die zur Plastifizierung notwendigen Schneckengänge, die üblicherweise auf der Mantelfläche des Kolbens verlaufen, auf der Innenseite des Plastifizierzylinders angebracht. Der für das Fördern und Einspritzen verantwortliche Kolben wird koaxial im Zylinder bewegt. Im Vergleich zur üblichen Kolbenschnecke erfährt der Einspritzkolben aufgrund der fehlenden Schneckenstege eine geringere mechanische Belastung und kann damit in seinem Durchmesser deutlich kleiner ausgeführt werden. Hierdurch lässt sich die gesamte plastifizierte Masse reduzieren und dem für Mikrobauteile benötigten Schussgewichtsbereich anpassen. Damit wird die Verweilzeit der Schmelze reduziert und gleichzeitig, wegen der kleineren Frontfläche des Kolbens, auch die auf das bewegte Schmelzevolumen bezogene Auflösung verbessert.

Um die grundsätzliche Funktionalität des neuen Plastifizier- und Förderprinzips nachzuweisen, wurde zunächst eine handgetriebene Prototypenanlage entworfen. Mit farbigem Masterbatch konnte neben der Förderwirkung des Systems auch die Mischwirkung der invertierten Schneckenplastifizierung nachgewiesen werden. Derzeit wird am IKV ein motorgetriebener Teststand aufgebaut, mit dem unterschiedliche Einflussparameter auf den Plastifizierprozess systematisch analysiert werden können. Die damit gewonnenen Erkenntnisse sollen anschließend auf ein konventionelles Plastifiziersystem übertragen und anhand von Spritzgießversuchen bewertet werden.

Dieses Projekt ist ein Transferprojekt der Forschergruppe 702. Das IKV dankt der DFG für die Förderung.