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Vom old tooling zum Al tooling - die Rolle der Gießformen der 2. Generation
Die Hersteller von Kunststoffprodukten sind in einem immer globareren und hart umkämpften Markt tätig. Folgende Schlüsselfaktoren sind für einen Erfolg wichtig:
- Reduktion der Entwicklungszeit (time-to-market)
- Erhöhung der Produktevielfalt (Innovation, Re-design)
- Reduktion der Herstellungskosten (cost competitivness)
Die Aluminiumspritzgußformen der 2. Generation bieten wertvolle Lösungen zu all diesen Faktoren.
Unter "Gießform der 2. Generation" oder "Flexibler Gießform" versteht man eine Gießform aus Aluminium, die nicht nur für die Herstellung von Prototypen mittels CNC-Maschinen, Injektionspressen und allgemein üblichen Aluminiumlegierungen konzipiert wurde, sondern auch für den Aufbau eines modernen und flexiblen Produktionszyklus verwendbar ist, der Hochgeschwindigkeitsmaschinen, CNC-Pressen und ausgewählte Aluminiumlegierungen miteinander verbindet.
Mit anderen Worten: eine Gießform, die für den Übergang von "Old Tooling" zu "Al Tooling" geeignet ist.
Aluminium-Spritzgussformen der 2. Generation bieten folgende Vorteile, die vor allem auf den Erfolgsfaktor Flexibilität zutreffen:
 Finanziell-organisatorische Flexibilität:Vorteile im Sinne hoher "Organisierbarkeit" des Projektes, auch auf komplexe Industrieprogramme bezogen.
Flexibilität im Design: Vorteile in der Planungsphase und beim Entwurf des neuen Produktes und der entsprechenden Gießform.
Technologisch-produktive Flexibilität: Vorteile im Sinne von Durchführbarkeit
und beim Timing des Herstellungsverfahren der Werkzeuge.
Flexibilität beim Testen:Vorteile beim Übergang vom Test der Gießform zum Beginn der Serienherstellung.
Flexibilität beim Spritzen: Vorteile im Dauerbetrieb (auch bei Großserienfertigung).
Finanzielle, organisatorische Flexibilität
Es kommt selten vor, dass nur eine einzige Gießform gebaut wird. Auch wenn sich im Einzelfall die Vorteile wie Arbeitszeitersparnis und Fertigungskosten durchaus messen lassen, können die finanziellen Vorteile bei der Entscheidung zwischen "Old Tooling" -> "Aluminium Tooling" nicht maßgebend sein.
Im umgekehrten Fall, bei der Konstruktion ganzer Serien von Gießformen für ein bestimmtes Produkt (ein neues Motorrad, ein neues Fahrzeug, ein neues Haushaltsgerät), nimmt das beim Tooling eingesetzte Gesamtkapital ein wesentlich anderes Volumen an, wenn man von einem kompletten Satz von Stahlgießformen (old tooling) zu einer Serie von Aluminium-Spritzgußformen (Al Tooling) wechselt.
Bedenkt man weiter, dass die Amortisation dieses Kapitals erst dann beginnen wird, wenn die letzte Gießform fertig ist und das in all seinen Teilen fertiggestellte Produkt für den Verkauf bereit steht, erhalten die Vorteile der Gießform aus Aluminium, die wesentlich geringere Konstruktionszeiten und
-kosten verlangt, eine noch grössere Bedeutung.
Vorteile wie Organisation und Flexibilität sowie Amortisation der Fixkosten steigen selbstverständlich mit der Anzahl und Dimension der Gießformen.
Flexibilität im Design
Aluminium Tooling bietet die Möglichkeit, Gießformen mit extrem schwierigen herstellbaren Formen zu produzieren, nämlich:
- Gießformen, deren Teile sehr komplex sind und die Verarbeitung, vom Stahl ausgehend, entschieden unwirtschaftlich sein würde (z.B. Wände mit Wandstärke > 5 mm, die schwer abzukühlen sind oder empfindliche elektroerosive Bearbeitungen, die direkt mit dem Fräser auf die Aluminium-Spritzgußformen ausgeführt werden).
- Gießformen mit riesigen Ausmassen (Einsatz von Rohblöcken 2.200 x 1000 mit 600 oder 700 mm Stärke)
oder auch eine Idee oder einen Entwurf extrem kurzfristig in eine Gießform für Thermoplasten zu verwandeln.
Technologisch-produktive Flexibilität
Hierbei sind die Vorteile so zahlreich, dass die Aufzählung nur schematisch erfolgen kann:
- Perfekte Eigenschaften der ausgewählten Aluminiumlegierungen, insbesondere der Legierungen 7000, für High Speed Milling (ohne die Schneidwerkzeuge austauschen zu müssen).
- Fast kein Verschleiß der gesinterten Hartmetallplättchen (Sintered Carbides) und der Werkzeuge aus HSS und SHSS (im Vergleich zur Bearbeitung auf Stahl).
- Fast vollständige Eliminierung langsamer Verfahren, wie die Elektroerosion (EDM).
- Vereinfachung der Ausstattung für "machining shop" (hauptsächlich Einrichtungen zum Fräsen).
- Effektive Ausführung (ohne Unterbrechung) des Fräsvorganges bei hoher Geschwindigkeit (HSM).
- Im allgemeinen erhebliche Erhöhung der Fertigungsgeschwindigkeit der gefrästen Gießform.
- Vorteile hinsichtlich der Herstellungszeit, die je bedeutender, desto größer die Dimension der Gießform und des mittels Fräser abzutragenden Materials sind.
- Einfache Lösung der mit der Abkühlung und den entsprechenden Kreisläufen zusammenhängenden Problemen, wogegen dies für viele Stahlsorten unmöglich ist (Stahl für immer mehr "isolierende" Gießformen).
- Drastische Reduzierung der Richtzeit (dank der von der Aluminium-Spritzgußform im Fräse-Spindel-Spindelträger-System bewirkten geringeren Biegebeanspruchung)
- Drastische Reduzierung der zum Polieren erforderlichen Zeit, sowohl für die manuelle als auch für die HSM-Politur.
Flexibilität beim Testen...
in manchen Fällen bis zum Ersatz des Rapid-Prototypings
Stehen die "Geometrien", d.h. die auf Informationsträger gespeicherten Zeichnungen des herzustellenden Produkts zur Verfügung, kann die Herstellungszeit einer Aluminium-Spritzgußform weniger als zwei Wochen dauern und, in manchen Fällen, sogar weniger als eine Woche.
Wenn die Gießform fertig ist und die Werkstatt für den "fast/full cycle" eingerichtet bzw. mit Spritzpressen ausgestattet ist, kann das Werkzeug sofort für das schnellste der Verfahren eingesetzt werden, die zur Herstellung von thermoplastischen Teilen dienen, nämlich das Spritzgießverfahren.
Es versteht sich, dass kein Additionsverfahren ""Schicht für Schicht" oder Sinterverfahren von aufeinanderliegenden Schichten (übliches Verfahren beim Rapid Prototyping) mit Einzelgussteilen mithalten kann, die mit einem einzigen Schuss erzeugt werden. Zumal ein solches Teil aus dem definitiven thermoplastischen Material hergestellt ist. Mit den herkömmlichen R.P. Systemen ist es oft sehr schwierig - wenn nicht gar unmöglich - den Kunststoff des Endprodukts zu verwenden.
Fällt die Maßkontrolle des ersten geschossenen Teils zufriedenstellend aus, dann sind alle folgenden Teile die unmittelbare Wiederholung des ersten Schusses.
Flexibilität beim Spritzen
In Bezug auf die Produktion bieten flexible Gießformen verschiedene Leistungen, die praktisch unschlagbar sind.
Das geringe Gewicht der Aluminiumspritzgussform:
- Gestattet eine deutliche Reduzierung der wegen Werkzeugwechsel verursachten Totzeiten
- Erleichtert beträchtlich den "Figurenwechsel" in der Presse und der dadurch vereinfachte Einbau in der Presse erleichtert den Gießvorgang
- Braucht keine Laufkräne, Pfeiler und Fundamente oder überdimensionierte Hebemittel
- Gestattet, dank der oben erwähnten flexiblen Elementen, die Produktion von thermoplastischen Formstücken in bereits vorhandenen Werkhallen einzuführen
Die sehr hohe Wärmeleitfähigkeit (5 bis 8 Mal höher als Stahls):
- Gestattet höhere Arbeitstakte zu erreichen (Rekordwerte bei neuen Pressen) und reduziert somit die Zeiten um 30-40% gegenüber Stahlarten für immer mehr isolierende Gießformen bzw. mit schlechter Wärmeleitfähigkeit
- Bringt Vorteile bei thermoplastischem Material mit hohen Dicken (d.h. s > 3 m/m oder vor allem > 5 m/m). Solche Teile können mit Stahl praktisch nicht hergestellt werden.
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Vom old tooling 