3DTEC s.r.o.: Einsatz der 3D-Messtechnik bei der Werkzeugoptimierung

Spritzgießwerkzeug – Grundlage der Kunststofffertigung

Spritzgießwerkzeuge sind ein wesentliches Element der Fertigungsprozesse in der Kunststoffindustrie. Ihre präzise Konstruktion und hochwertige Ausführung sind entscheidend für die Herstellung von Kunststoffteilen mit hoher Maß- und Formgenauigkeit. Die Qualität des Werkzeugs wirkt sich unmittelbar auf das Endprodukt aus und beeinflusst sowohl die Fertigungseffizienz als auch die Kosten. In diesem Zusammenhang spielen 3D-Messtechnik und 3D-Scanning eine unverzichtbare Rolle bei der Konstruktion, Prüfung und Optimierung von Werkzeugen.

Auswahl des richtigen 3D-Scanners

Wenn zu Beginn nur ein Kunststoff-Spritzgussteil zur Verfügung steht, für das nachträglich ein Werkzeug konstruiert werden muss, kann 3D-Scanning den Konstruktionsprozess erheblich effizienter gestalten. Der erste Schritt ist die Auswahl eines geeigneten Scannertyps, die von der Größe des Bauteils und der erforderlichen Messgenauigkeit abhängt. In der Praxis werden am häufigsten optische Scanner mit strukturiertem Licht oder Laserscanner eingesetzt. Laserscanner erfassen auch glänzende oder dunkle Oberflächen, ohne dass Mattierungssprays oder photogrammetrische Marken erforderlich sind. Kamerabasierte Scanner liefern dagegen einen höheren Detaillierungsgrad, erfordern jedoch eine Oberflächenvorbereitung vor dem eigentlichen Scannen.

Beim Laserscannen entsteht ein digitales Modell in Form einer Punktwolke, das die Oberflächengeometrie präzise erfasst. Diese Daten werden anschließend in ein 3D-Netz überführt, wobei Rauschen entfernt, die Oberfläche geglättet und das Datenvolumen optimiert wird. Gegebenenfalls lassen sich auch fehlende Bereiche des Scans ergänzen. Das so aufbereitete Netz dient anschließend als Grundlage für die Erstellung eines 3D-Volumenmodells mithilfe von Reverse-Engineering-Verfahren.

Abb. 1 Punktwolke	Abb. 2 Polygonmodell	Abb. 3 Volumenmodell

Wie sich mithilfe der 3D-Messtechnik ein zuverlässiges Spritzgießwerkzeug herstellen lässt

Vor Beginn der Fertigung des endgültigen Werkzeugs wird üblicherweise ein Prototyp erstellt. Seine Genauigkeit lässt sich durch den Vergleich des 3D-Scans mit dem CAD-Modell überprüfen, wodurch Maß- oder Formabweichungen frühzeitig erkannt und beseitigt werden können. Damit erhöht sich die Wahrscheinlichkeit erheblich, dass das endgültige Werkzeug von Anfang an einwandfrei funktioniert. Auf Grundlage des optimierten 3D-Modells und der Simulationsanalysen erfolgt anschließend die Fertigung des eigentlichen Werkzeugs, wobei die Wahl der Technologie – CNC-Bearbeitung, elektroerosive Bearbeitung oder 3D-Druck – von der Komplexität des Werkzeugs und den verwendeten Materialien abhängt.

Abb. 4 Bearbeitung des Werkzeugs

Die Werkzeugfertigung erfolgt üblicherweise iterativ. In den einzelnen Phasen lässt sich mithilfe der 3D-Messtechnik die Maßgenauigkeit überprüfen und der Istzustand mit den Konstruktionsdaten vergleichen. Werkzeuge werden in der Regel mit einer Bearbeitungszugabe gefertigt – ob diese ausreichend ist, lässt sich gerade mithilfe eines 3D-Scanners präzise beurteilen. Informationen über die tatsächlichen Bearbeitungszugaben ermöglichen die Optimierung der Bearbeitungsparameter, wodurch die Entstehung von Ausschuss begrenzt, der Materialverbrauch gesenkt und die Fertigungseffizienz erhöht wird.

Nach Fertigstellung des Werkzeugs folgt ein abschließender 3D-Scan zur Geometriekontrolle und Kalibrierung. Dieser Schritt überprüft, ob das fertige Werkzeug der ursprünglichen Konstruktion entspricht und die festgelegten Toleranzen einhält. Werden Abweichungen festgestellt, lassen sie sich auf Grundlage präziser 3D-Daten schnell und gezielt beseitigen, wodurch sich die für die abschließende Feinabstimmung erforderliche Zeit erheblich verkürzt.

Abb. 5 Abweichung „ins Plus“, die noch korrigiert werden kann. Sie wird meist durch einen Bedienungsfehler verursacht, beispielsweise wenn der Bediener das eingesetzte Bearbeitungswerkzeug falsch einstellt. Abb. 6 „Negative“ Abweichung durch Programmierfehler. Sie lässt sich durch den Einsatz von Einsätzen oder die erneute Fertigung des gesamten Werkzeugs korrigieren.

Das digitale Modell des fertigen Werkzeugs wird anschließend nicht nur zur Archivierung, sondern auch im Rahmen der vorausschauenden Wartung eingesetzt. Es ermöglicht, den Werkzeugverschleiß während des Betriebs zu überwachen, die Lebensdauer – also die Anzahl der Fertigungszyklen – genauer abzuschätzen und Wartung oder Austausch effizient zu planen. Dadurch lassen sich die Ausschussquote senken, ungeplante Stillstände begrenzen und eine höhere Produktionsstabilität gewährleisten.

Praxisbeispiel: Die Automobilindustrie nutzt 3D-Scanning zur Rekonstruktion von Werkzeugen

Automobilindustrie – Rekonstruktion einer Scheinwerferabdeckung durch Reverse Engineering: Ein Hersteller von Automobilteilen musste ein neues Werkzeug auf Grundlage eines älteren Kunststoff-Spritzgussteils einer Scheinwerferabdeckung erstellen, für das keine technische Dokumentation mehr vorhanden war. Mithilfe eines 3D-Scanners wurde das Spritzgussteil gescannt, anschließend in ein CAD-Modell überführt und so angepasst, dass es den aktuellen Fertigungsanforderungen entsprach. Dank der Scangenauigkeit musste kein physischer Prototyp erstellt werden – das Werkzeug konnte direkt gefertigt und anschließend erfolgreich in der Produktion eingesetzt werden.

Warum die 3D-Messtechnik ein unverzichtbarer Bestandteil der modernen Spritzgießwerkzeugfertigung ist

Die 3D-Messtechnik ist heute nicht nur ein Kontrollinstrument, sondern ein aktives Element der Optimierung und des Entscheidungsprozesses. Sie ermöglicht nicht nur die präzise Fertigung neuer Werkzeuge, sondern auch die Anpassung bestehender Werkzeuge, die Wartungsplanung und die Minimierung von Fertigungsrisiken. Im Zeitalter der Digitalisierung und der Industrie 4.0 wird sie damit zu einem entscheidenden Partner für eine effiziente, hochwertige und vorausschauende Fertigung.

Möchten Sie die Fertigung von Spritzgießwerkzeugen mithilfe von 3D-Technologien effizienter gestalten? Kontaktieren Sie uns – wir helfen Ihnen gerne, die optimale Lösung zu finden.