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Produktion großflächiger Bauteile mit Funktionselementen durch additiv ergänztes Thermoformen

Kurzfassung

Das Verfahren Kombiniert die Fertigungstechniken Thermoformen und 3D-Druck zu einer wirtschaftlichen Fertigungsvariante zur Herstellung großflächiger funktionsintegrierter Bauteile. Die Anordnung der Prozessschritte ist beliebig und so eröffnen sich neue Spielräume ohne die bisher geltenden Restriktionen. So entstehen auch in Kleinserien oder von der Rolle hochwertige Flächenelemente.

Hintergrund

Für großflächige Kunststoffteile ist das Thermoformen ein  wirtschaftlicher Herstellungsprozess. Das Verfahren bietet für die Produktion dünnwandiger Produkte mit hoher Anforderung an die Oberflächenqualität diverse Vorteile, wie die Möglichkeit einer hohen Taktung. Bisher ist so die Einbringung funktionaler Ele­mente nicht möglich. Daher ist man bspw. für einclipbare Teile in der Automobil­indust­rie auf das teurere Spritzgießen angewiesen.

Problemstellung

Um große Kunststoffteile wie Verkleidungen, für die sich aufgrund von Größe und der Anforderung an die Oberflä­chengüte das Thermoformen anbieten würde, mit Funkti­onsmerkmalen wie Schnapphaken auszustatten, ist bis­her ein mehrstufiger Prozess notwendig (Halbzeugher­stellung, Thermoformen, Weiterverarbeitung). Da dies meist unwirtschaftlich ist, wird häufig auf das klassische Spritzgießen zurückgegriffen. Es bietet zwar eine höhere Gestaltungsfreiheit, erlaubt aber eine weniger hohe Tak­tung und Werkzeuge sind vergleichsweise teuer.

Lösung

Mit dem neuen Fertigungsverfahren könnte das Ther­moformen nun weiter in den Fokus rücken, denn es er­laubt die variable Einbringung von Funktionselementen vor oder nach dem Umformen. Es handelt sich um einen Prozess bei dem in beliebiger Reihenfolge mittels 3D-Druck Funktionselemente auf das Halbzeug oder Bauteil aufgebraucht werden, und das Halbzeug mittels eines klassischen Thermoform-Prozesses umgeformt wird. Das eröffnet neue Spielräume ohne die bisher geltenden Restriktionen; auch In-line-3D-Druck für die Verarbeitung von Rollenware ist so realisierbar, was ein großes Ein­sparpotenzial birgt. Funktionselemente können rückseitig angebracht werden, ohne dass dies auf der Außenseite sichtbar ist.

Unterschiedliche Kombinationsmöglichkeiten aus 3D-Druck und Thermoformen [Quelle: Uni Stuttgart, IKT].
Unterschiedliche Kombinationsmöglichkeiten aus 3D-Druck und Thermoformen [Quelle: Uni Stuttgart, IKT].

Vorteile

  • Geringere Umformdrücke = günstigere Werkzeuge
  • Wirtschaftliche Herstellung großflächiger funktionsintegrierter Bauteile auch in Kleinserien
  • Weniger Restriktionen & höhere Flexibilität
  • Zusätzliche Funktionsintegration möglich
  • Feste Verbindung von Fläche und Element bei ebener und hochwertiger Sichtfläche

Anwendungsbereiche

An der Universität Stuttgart wurde nun ein Kombi-Verfah­ren aus 3D-Druck und Thermoformen entwickelt, mit dem sich auch große Bauteile mit integrierten Funktionsele­menten günstig herstellen lassen. Die Technik vereint die Vorteile beider Verfahren und profitiert somit von hohen Oberflächenqualitäten bei gleichzeitig großer Gestal­tungsfreiheit. So wird erstmals die wirtschaftliche Produk­tion komplexer Flächenelemente auch in geringen Stück­zahlen möglich. Die Reihenfolge der Verfahrensschritte ist variabel, was das potenzielle Anwendungsspektrum des Verfahrens vervielfacht.

Exposé
Kontakt
Dr. Dirk Windisch
TLB GmbH
Ettlinger Straße 25
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Telefon +49 721-79004-0
windisch(at)tlb.de | www.tlb.de
Entwicklungsstand
Konzept / TRL2
Patentsituation
DE 102015114604 A1 anhängig
Referenznummer
14/108TLB
Service
Die Technologie-Lizenz-Büro GmbH ist mit der Verwer­tung der Technologie beauftragt und bietet Unternehmen die Möglichkeit der Lizenznahme.