Werkzeugbau: Salcomp - Additiv gefertigte Formeinsätze ermöglichen effizientere Produktion von Spritzgussteilen 

Weltweit wurden 2012 laut dem Branchenverband BITKOM allein mehr als 700 Mio. Smartphones verkauft – ein unglaublich dynamischer Wachstumsmarkt, an dem jenseits der bekannten großen Hersteller die Zulieferer entscheidend partizipieren. Der in Chennai, Indien, beheimatete Marktführer Salcomp stellt zum Beispiel Stecker und Netzteile für Mobiltelefone her; mit der Fertigung von LED-Trafos besetzt das Unternehmen zudem einen weiteren Zukunftsmarkt. Die gesamte Fertigungskapazität liegt bei über 440 Mio. Stück pro Jahr. Bei solchen Mengen ist die Optimierung der Herstellungsprozesse von entscheidender Bedeutung für den wirtschaftlichen Erfolg. Zum Bau der Fertigungswerkzeuge setzte Salcomp daher auf die Additive Fertigungstechnologie von EOS.

Herausforderung 

Wie in der Serienfertigung vergleichbarer Produkte üblich stellt Salcomp die hauseigenen Bauteile mittels Spritzgussverfahren aus Kunststoff her: Die dafür zuständige Maschine bringt in eine entsprechende Hohlform – die sogenannte Kavität – durch Hitze verflüssigten Kunststoff ein. Zum Aushärten muss das Werkstück innerhalb möglichst kurzer Zeit abkühlen. Unmittelbar danach gibt die Maschine das fertige Bauteil frei. Dank moderner Mate- rialien und immer leistungsfähigerer Produktionswerkzeuge hat sich der Herstellungsprozess beständig verkürzt, gleichzeitig konnte die Qualität gesteigert werden.

Umso schwieriger ist es, einen derart erfolgreichen Ablauf noch weiter zu verbessern; das ist jedoch eine unabdingbare Voraussetzung, um im internationalen Wettbewerb bestehen zu können. Zentraler und gleichzeitig mit am schwersten zu optimierender Bestandteil des dargestellten Fertigungsprozesses ist das Abkühlen: Selbst die schnellste Maschine hilft nichts, wenn die physikalischen Grenzen des Ausgangsmaterials ausgereizt sind oder wegen entsprechender Rohstoffkosten nicht mehr weiter verbessert werden können – denn Fakt ist: Die Temperatur bzw. die Fähigkeit zum schnellen Auskühlen spielt eine entscheidende Rolle für den Herstellvorgang.

Für das Abführen der Hitze sind Temperierkanäle verantwortlich, die überall in der Umgebung rund um die Kavität verteilt sind. Mit althergebrachten Methoden war der Gestaltungsspielraum für das Design dieser Kühlvorrichtungen erheblich eingeschränkt: Da die Werkzeuge entweder selbst aus Metall gegossen oder gedreht werden, ist die Formgebung begrenzt durch die Möglichkeit des Bohrens oder zusätzlichen Einfräsens von entsprechenden Hohlräumen. Kurven oder sonstige komplexere Formen sind mit solchen Verfahren nicht möglich.

Lösung 

Da eine Änderung des eigentlichen Produktionsmaterials Kunststoff nicht in Frage kam, entschied sich Salcomp, bei der Optimierung des Kühlelements neue Wege zu gehen. Ziel war es, die Fertigungswerkzeuge so zu konstruieren, dass die Werkstücke schneller abkühlen können – folglich nahmen die Projektverantwortlichen die Formgebung der Temperierkanaäe genauer in Augenschein. Auf diese Weise untersuchten sie Möglichkeiten, die Form zu perfektionieren und gleichzeitig eine Technologie zu finden, mit der das entsprechende Gefüge auch hergestellt werden kann.

Die Lösung des ersten Teils der Aufgabe sah wie folgt aus: Die Kühlkanäle selbst sollten noch näher an die Kontur der Kavität herangeführt werden. Auf diese Weise kann die Hitze die verbliebene Metallschicht schneller passieren und die Maschine verlassen. Gleichzeitig sollte Feinschliff an der Formgebung dafür sorgen, dass dieser Abtransport möglichst effektiv vonstatten geht. Um den Plan in die Tat umzusetzen, benötigte Salcomp jedoch eine Technologie, die eine solche konturnahe Einbringung von Kühlkanälen gestattet, ohne dabei neue Nachteile aufzuwerfen.

Da Bohren, Fräsen oder andere Optionen weder den nötigen Spielraum bei der Formgebung noch die erforderliche Präzision ermöglichen, tritt die Additive Fertigung – in diesem Fall metallbasiert – auf den Plan: Salcomp beauftragte einen Dienstleister, die EOS-Technologie in Gestalt einer EOSINT M 270 zum Direkten Metall-Laser-Sintern (DMLS) für die Produktion von Kerneinsätzen zu nutzen. Computergestützte Simulationsmodelle kamen zum Einsatz, um die ideale Formgebung zu definieren und für die Herstellung zu übernehmen.

Ergebnisse

Die erfolgreiche Umstellung der Werkzeugfertigung zeigte Wirkung: Die Temperierkanäle konnten wie geplant in größtmögliche Nähe zu den Kanten der Kerneinsätze rücken. Gleichzeitig erhöhte sich durch die additiv gefertigten Werkzeuge die Qualität der Endprodukte. „Verantwortlich hierfür ist das extrem präzise Verfahren, bei dem ein Laserstrahl das Metallgranulat Schicht für Schicht in der Form aushärtet, die die Ingenieure zuvor mittels 3D-Software festgelegt haben“, erläutert Krishnan Ramkumar, Tooling Specialist bei EOS in Indien, der das Projekt vor Ort begleitet hat.

Die Verbesserungen machen sich nun im täglichen Produktionsablauf bei Salcomp positiv bemerkbar: Die zum Abkühlen benötigte Zeit sank von ehemals 14 auf jetzt 8 Sek. pro Produktionszyklus. Das Unternehmen konnte seinen monatlichen Ausstoß auf diese Weise um über 56.000 Einheiten erhöhen, ohne an den Fertigungsmaschinen selbst Umbauten vorzunehmen. Die jährliche Kostenersparnis beträgt 20.000 Euro. Zudem sank die Ausschussrate von 2 % auf 1,4 %, was nicht nur Kosten-, sondern auch Umweltvorteile mit sich bringt. Im Umkehrschluss bedeutet diese Zahl eine gestiegene Qualität bei der Fertigung, und das trotz des verkürzten Produktionszyklus. „Wir sind sehr zufrieden mit den Ergebnissen der neuen, konturnah ausgelegten Temperierkanäle. Die Additive Fertigung der Werkzeugeinsätze bringt die erwünschten Vorteile: Wir konnten den Produktionszyklus verringern und die Qualität steigern. Die geringeren Kosten bei gleichzeitiger Erhöhung der Fertigungsrate zeigen, dass die Technologie kein Selbstzweck ist, sondern unser Business befördert“, erklärt Arumugam Narayanaswami, verantwortlich für die Beschaffung bei Salcomp. „Wir sind zuversichtlich, auch künftig noch weitere Felder zu identifizieren, bei denen wir die EOS-Technologie ähnlich gewinnbringend einsetzen können.“

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