Konforme Kühlung: Bauteilqualität steigern und Spritzgusszykluszeiten reduzieren

Veröffentlicht am 23. März 2023

Eine häufige Herausforderung beim Design von Teilen für Spritzguss ist die Berücksichtigung von Abkühlraten für distincte Bereiche innerhalb eines Teildesigns. Damit das Werkzeug das Teil ordnungsgemäß auswerfen kann, muss es natürlich abgekühlt sein. Bei hohen Volumen oder geometrisch komplexen Teilen können jedoch bestimmte Bereiche des Teils mit unterschiedlichen Raten abkühlen – was zu längeren Zykluszeiten und Potenzial für Verzug führt. Um diese Probleme zu vermeiden und die Werkzeugproduktivität zu erhöhen, können Teile mit integrierten konformen Kühlkanälen designed werden, die Wasser Zugang zu tieferen Bereichen im Teil ermöglichen – für gleichmäßigere Kühlung, reduzierte Zykluszeit und weniger Defekte. Diese Ansätze existieren seit einiger Zeit, aber Fortschritte im Metall-3D-Druck haben neue konforme Kühlgeometrien und resultierende Lösungen für Werkzeugmacher ermöglicht.

Abb. 1: Konforme Kühlkanäle in Spritzgusswerkzeug-Designs integriert.

Reduziertes Verzugsrisiko

Während des Formprozesses kühlt ein Teil von der Außenoberfläche zum inneren Kern des Kunststoffs ab – idealerweise bei gleicher Rate für alle Bereiche, wenn das Teil mit konsistenter Wandstärke designed ist. Beim Spritzguss einfacher, uniformer Teile stellt konventionelle Kühlung typischerweise keine Herausforderungen dar, da alle Bereiche allgemein mit ähnlicher Rate abkühlen.

Bei geometrisch komplexen Teildesigns kühlt das Teil jedoch möglicherweise nicht in allen Bereichen gleichmäßig ab – was potenziellen Verzug oder längere Kühlzyklen zur Sicherstellung fester Teile vor Auswurf zur Folge hat. Die Wahrheit: In der heutigen Welt mit zunehmend komplexen Teilgeometrien sind perfekt uniforme Kühlraten schwer zu erreichen. Bei Low-Volume-Runs können die Ineffizienzen leicht längerer Kühlzyklen vernachlässigbar und tolerierbar sein. Bei High-Volume-Runs jedoch können diese Effizienzgewinne Chancen zur Produktivitätssteigerung oder Abfallreduktion sein. Die resultierende Effizienz konformer Kühlung hängt von vielen Faktoren ab: Kühlkanaldesign, Teiledesign, Werkzeugdesign, sogar Rezeptur. Richtig gemacht, können konforme Kühllösungen Werkzeugausbeute um 50 % oder mehr verbessern.

Konventionelle Kühlung

Abb. 2: Hoher thermischer Gradient und prominente Hotspots in Rot.

Abb. 3: In Hotspot-Bereichen tritt hoher Verzug auf – wahrscheinlich defektes Produkt.

Konforme Kühlung

Konforme Kühlkanäle im Werkzeug adressieren Hotspots, die Verzug verursachen – für bessere Teilequalität mit weniger Materialabfall und weniger Defekten.

Abb. 4: Mit konformen Kühlkanälen im Werkzeugkern (L) und Kavität (R) kann Luft interne Werkzeugbereiche erreichen, kühlt Teil/Produkt gleichmäßig.

Abb. 5: Gleichmäßige Temperaturverteilung und niedriger thermischer Gradient.

Abb. 6: Durch gleichmäßige Kühlung erreicht das resultierende Teil/Produkt minimalen Verzug.

Schnellere Zykluszeiten

Zusätzlich zu besserer Endqualität mit geringerem Defektrisiko verringern konforme Kühlkanäle oft signifikant Formzykluszeiten. Im Beispiel unten reduzierte konforme Kühlung die Zykluszeit dieses High-Volume-Kunststoffbauteils um fast 40 %, was Werkzeugproduktivität um nearly 50 % steigerte.

Abb. 7: Konforme Kühlkanäle (mehrere Farben) integriert in Werkzeug für dieses High-Volume-Teil.

Abb. 8: Konforme Kühlung resultierte in 40 % Zykluszeitreduktion für dargestelltes Teil.

Ist konforme Kühlung richtig für Ihre Bedürfnisse?

Konforme Kühlkanäle in Spritzgusswerkzeugen sind branchen- und produkttypenübergreifend beliebt, besonders in Life Sciences und Consumer Products, wo komplexe Geometrien oder hohe Formvolumen üblich sind. Wenn Sie große Volumen via Spritzguss produzieren und Verzug besorgt, kann das Design Ihres Werkzeugs mit konformer Kühlung die richtige Lösung für Zykluszeiten und niedrigere Teilkosten sein. Um sicherzustellen, dass Kanäle korrekt für Ihre Teilegeometrie und spezifische Anwendung designed sind, ist es imperativ, mit einem erfahrenen Werkzeugdesigner zusammenzuarbeiten, der weiß, wie diese neuartigen Ansätze in Hochpräzisionswerkzeuge integriert werden.

Bei SyBridge sind unsere Ingenieure Experten in Spritzguss- und Werkzeugdesignprozessen und haben mit Unternehmen across diverser Branchen gearbeitet, um unglaubliche Ergebnisse bei Werkzeugproduktivitätssteigerung, Defektreduktion und höherperformenden Teilen zu erzielen. Ob Sie bereits ein Werkzeugdesign haben, das von konformen Kühlkanälen profitieren würde, oder an Design für ein neues Teil/Produkt arbeiten – unser Team ist hier, um zu helfen.

Kontaktieren Sie uns, um mit einem Spritzguss-Werkzeugdesign-Experten zu sprechen und zu entdecken, ob konforme Kühlung für Ihre Werkzeugbedürfnisse richtig ist.