Seit knapp sechs Jahren ist die HAW Kiel die Heimat von InFer3D. Die additive Fertigungsanlage im CIMTT-Gebäude ist in der Lage, mittels eines Lasers pulverisierte Metalle in außergewöhnliche Formen zu bringen. Wie bei einem 3D-Drucker entsteht aus einem digitalen Modell Bahn für Bahn ein dreidimensionales Objekt mit außerordentlichen Eigenschaften, die sich aus dem Materialmix ergeben. Aus dem Team von Prof. Dr.-Ing. Alexander Mattes am Fachbereich Maschinenwesen begeistert sich ganz besonders Thore Gericke für InFer3D – seit Jahren und so sehr, dass er die Fertigungszelle zum Thema seiner Dissertation gemacht hat.
Im Rahmen des Projekts CoolSim erforschte Gericke, wie sich die industrielle Produktion mit Spritzgießwerkzeugen aus Multimaterial verbessern ließ. „Zunächst ging es darum zu ermitteln, welche Bereiche der Spritzgießformen besonders beansprucht wurden“, erzählt der Doktorand. „Anschließend wurde ein auf die Ansprüche abgestimmter Materialmix bestimmt und an den erforderlichen Stellen mit InFer3D in den Formkern eingebracht. Das war schließlich eine Materialkombination aus Stahl und einer Kupferlegierung für thermisch hoch belastete Bereiche.“
Die an der HAW Kiel entwickelten Multimaterial-Spritzgießwerkzeuge werden bereits erfolgreich in der Industrie eingesetzt. Durch die gezielte thermische Optimierung der Werkzeuge konnte ein Praxispartner, die Adolf Nissen Elektrobau GmbH + Co. KG in Tönning, die Zykluszeiten im Spritzgießprozess um mehr als 50 Prozent reduzieren und gleichzeitig die Bauteilqualität verbessern. „Dieses Beispiel zeigt eindrucksvoll, welches Potenzial Multimaterialwerkzeuge für effizientere und leistungsfähigere Spritzgießprozesse bieten“, freut sich Gericke.
Auch an der Hochschule Schmalkalden interessiert man sich für innovative additive Fertigung im Kontext der Herstellung von Werkzeugkomponenten. Aus diesem gemeinsamen Interesse ist in der Nachfolge vom CoolSim das Forschungsprojekt FGMTemp erwachsen. Gemeinsam wollen die beiden Hochschulen aufzeigen, dass der Einsatz von maßgeschneiderten Materialien dazu führen kann, dass die Produktion schneller ablaufen kann, sich die Energie- und Ressourceneffizienz steigern lässt und sogar Werkzeuge länger halten können. Der Unterschied zu Multimaterialwerkzeugen liegt dabei in der sehr fein einstellbaren Materialzusammensetzung und den ‚weichen‘ Materialübergängen.
Auch bei FGMTemp stehen Spritzgießwerkzeuge im Fokus der Forschung. „Da unterschiedliche Bauteilbereiche auch unterschiedliche thermische Anforderungen stellen, muss die Wärme gezielt und möglichst effizient abgeführt werden“, erklärt Gericke. Funktional gradierte Materialien ermöglichen es, die Materialeigenschaften innerhalb des Werkzeugs bedarfsgerecht anzupassen. So können Wärmeleitfähigkeit und mechanische Eigenschaften lokal optimiert, thermische Spannungen reduziert und gleichzeitig kurze Zykluszeiten sowie eine hohe Bauteilqualität erreicht werden.
Weitere Projektpartner von FGMTemp sind die Unternehmen Formconsult Werkzeugbau, PROPLAST, WEFOBA Werkzeug- und Formenbau, PWF-Dose und PEG-Plastics Engineering Group. „Durch die Beteilung unserer Praxispartner stellen wir sicher, dass die Ergebnisse unserer Forschung sich auch in den Produktionsprozess übertragen lassen“, erklärt Prof. Dr.-Ing. Alexander Mattes. Das IGF-Projekt FGMTemp wird vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt sowie dem Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz über einen Zeitraum von zwei Jahren mit 484.389 Euro gefördert und läuft bis zum 31. Januar 2028.
