Materialwechsel im Spritzguss: Verzug und Schwindung mit 3D-Scan prüfen
3D-Bauteilvermessung und CAD-Soll-Ist-Vergleich bei neuen Kunststoffrezepturen, Rezyklatanteilen und PP-Bauteilen
Die Anforderungen an recyclinggerechte Kunststoffe und den Einsatz von Rezyklaten gewinnen in der Kunststoffverarbeitung an Bedeutung. Für Spritzgießer und Werkzeugbauer bedeutet das: Bestehende Bauteile müssen möglicherweise mit neuen Materialmischungen oder angepassten Kunststoffrezepturen hergestellt werden.
Doch ein Materialwechsel kann das Schwindungs- und Verzugsverhalten beeinflussen. Selbst bei unverändertem Spritzgusswerkzeug können dadurch Maß- und Formabweichungen entstehen.
Mit einer optischen 3D-Vermessung und einem flächenhaften CAD-Soll-Ist-Vergleich lässt sich untersuchen, wie sich die tatsächliche Bauteilgeometrie nach einem Material- oder Rezepturwechsel verändert hat.
Digimold Reverse Engineering unterstützt Kunststoffverarbeiter und Werkzeugbauer bei der geometrischen Bauteilprüfung sowie der Vorbereitung gezielter Werkzeugkorrekturen.
Warum ein Materialwechsel die Bauteilgeometrie beeinflussen kann
Beim Spritzgießen hängt die spätere Bauteilgeometrie nicht allein von der Werkzeugkavität ab. Auch die Materialeigenschaften und die gewählten Prozessbedingungen spielen eine entscheidende Rolle.
Wird beispielsweise ein bisher eingesetztes Polypropylen (PP) durch eine andere PP-Rezeptur oder eine Mischung mit Rezyklatanteil ersetzt, können sich relevante Verarbeitungseigenschaften verändern.
Mögliche Auswirkungen sind:
- Veränderte Schwindung beim Abkühlen
- Unterschiedliche Maßänderungen in einzelnen Bauteilbereichen
- Verzug an großen oder dünnwandigen Flächen
- Abweichungen an Befestigungspunkten und Funktionsflächen
- Veränderungen der sichtbaren Oberflächenform
Ob und in welchem Umfang diese Effekte auftreten, hängt unter anderem von Material, Bauteilgeometrie, Werkzeugauslegung und Prozessführung ab.
Eine erneute geometrische Prüfung am real gefertigten Bauteil schafft deshalb eine wichtige Entscheidungsgrundlage.
Anwendungsbeispiel: Materialwechsel bei Stoßfängern aus PP
Große Kunststoffbauteile wie Stoßfänger, Verkleidungen oder technische Gehäuse stellen besondere Anforderungen an die Maßhaltigkeit.
Bei einem Stoßfänger können bereits lokale Formabweichungen Auswirkungen auf Spaltmaße, Montagepunkte und das Zusammenspiel mit benachbarten Bauteilen haben.
Wird die Kunststoffrezeptur verändert, sollte daher nicht ausschließlich geprüft werden, ob einzelne Maße innerhalb ihrer Toleranzen liegen.
Zusätzlich ist die flächenhafte Bauteilgeometrie relevant.
Typische Prüffragen sind:
- Hat sich die gesamte Bauteilform gegenüber dem CAD-Modell verändert?
- Weichen Randbereiche oder Befestigungspunkte stärker ab?
- Ist eine zusätzliche Durchbiegung oder Verwindung erkennbar?
- Unterscheiden sich Bauteile aus alter und neuer Materialrezeptur?
- Welche Abweichungen sind für Montage und Funktion tatsächlich relevant?
Mit einem optischen 3D-Scan lassen sich zugängliche Bauteiloberflächen digital erfassen und geometrisch auswerten.
3D-Scan und CAD-Soll-Ist-Vergleich: Abweichungen flächenhaft erkennen
Bei der optischen 3D-Vermessung wird die sichtbare Bauteiloberfläche mit einem 3D-Scanner erfasst.
Digimold setzt dafür unter anderem den ZEISS/GOM ATOS 5 ein.
Aus den Messdaten entsteht eine digitale Darstellung der tatsächlichen Bauteilgeometrie. Diese kann mit vorhandenen CAD-Solldaten verglichen werden.
Ein farbcodierter Flächenvergleich zeigt, an welchen Stellen die gemessene Geometrie vom CAD-Modell abweicht.
Damit lassen sich beispielsweise lokale Verformungen, großflächige Durchbiegungen und geometrische Veränderungen an komplexen Freiformflächen untersuchen.
Besonders aussagekräftig sind zwei Vergleiche:
1. Neue Materialrezeptur gegen CAD-Solldaten
Dieser Vergleich zeigt, welche Abweichungen das untersuchte Bauteil gegenüber der konstruktiven Sollgeometrie aufweist.
2. Alte Materialrezeptur gegen neue Materialrezeptur
Werden geeignete Referenzbauteile unter vergleichbaren Bedingungen vermessen, lassen sich geometrische Unterschiede zwischen beiden Materialvarianten sichtbar machen.
Für belastbare Ergebnisse müssen dabei unter anderem Bauteilzustand, Konditionierung, Messzeitpunkt, Aufspannung und Ausrichtung berücksichtigt werden.
Mehr zum industriellen 3D-Scan bei Digimold
Schwindung und Verzug unterscheiden
Schwindung und Verzug werden häufig gemeinsam betrachtet, beschreiben jedoch unterschiedliche Vorgänge.
Schwindung bezeichnet die Maßänderung des Kunststoffs, die insbesondere beim Abkühlen und Erstarren entsteht.
Verzug beschreibt die Abweichung der Bauteilform, beispielsweise durch ungleichmäßige Schwindung oder unterschiedliche Temperatur- und Spannungsverhältnisse.
Ein flächenhafter 3D-Scan kann die resultierenden geometrischen Abweichungen sichtbar machen.
Die Ursachen lassen sich allerdings nicht allein aus einer Farbabweichungskarte sicher bestimmen. Hierfür müssen auch Materialeigenschaften, Prozessparameter und Werkzeugbedingungen betrachtet werden.
Werkzeugkorrektur nach einem Materialwechsel
Zeigt die 3D-Vermessung relevante Form- oder Maßabweichungen, muss zunächst geprüft werden, wodurch diese entstehen.
Nicht jede Abweichung erfordert sofort eine Änderung am Spritzgusswerkzeug.
Zunächst können beispielsweise Prozessparameter, Kühlung, Nachdruck oder andere fertigungstechnische Einflussgrößen untersucht werden.
Bleiben geometrische Abweichungen bestehen, kann eine gezielte Werkzeugkorrektur sinnvoll sein.
Die 3D-Messdaten liefern dafür eine Grundlage, um die tatsächliche Bauteilform zu bewerten und Korrekturbereiche zu bestimmen.
Das Ziel ist, die Werkzeuggeometrie so anzupassen, dass das gefertigte Bauteil die geforderten geometrischen Eigenschaften besser erfüllt.
Mehr zur Werkzeugkorrektur im Spritzguss
Bombierung zur Kompensation von Schwindung und Verzug
Bei komplexen Kunststoffbauteilen kann es erforderlich sein, bestimmte Werkzeugbereiche bewusst von der gewünschten Endgeometrie abweichend auszulegen.
Diese geometrische Vorhaltung wird im Zusammenhang mit der Verzugskompensation häufig als Bombierung bezeichnet.
Dabei werden erwartete Verformungen bei der Gestaltung beziehungsweise Korrektur der Werkzeuggeometrie berücksichtigt.
Die tatsächliche Bauteilform wird anschließend erneut vermessen und mit der Sollgeometrie verglichen.
Auf diese Weise entsteht ein nachvollziehbarer Korrekturprozess auf Grundlage realer Messdaten.
Mehr über Bombierung und Verzugskompensation
Ablauf: Materialwechsel mit 3D-Messtechnik begleiten
Für die geometrische Bewertung eines Materialwechsels bietet sich ein strukturierter Ablauf an.
Schritt 1: Referenzbauteil vermessen
Ein Bauteil aus der bisherigen Materialrezeptur wird unter definierten Bedingungen optisch vermessen.
Schritt 2: Neue Materialvariante herstellen
Bauteile aus der neuen Rezeptur werden unter dokumentierten Prozessbedingungen gefertigt.
Schritt 3: Erneute 3D-Vermessung durchführen
Die neuen Bauteile werden mit einer vergleichbaren Messstrategie digitalisiert.
Schritt 4: CAD-Soll-Ist-Vergleich auswerten
Form- und Maßabweichungen werden flächenhaft dargestellt und an relevanten Funktionsmerkmalen untersucht.
Schritt 5: Korrekturmaßnahmen abstimmen
Je nach Ergebnis werden Prozessanpassungen oder gegebenenfalls geometrische Werkzeugkorrekturen geprüft.
Schritt 6: Ergebnis erneut kontrollieren
Nach Änderungen erfolgt eine weitere Vermessung, um die Auswirkungen auf die Bauteilgeometrie zu bewerten.
3D-Messtechnik für Kunststoffverarbeiter und Werkzeugbauer
Ob Stoßfänger, technische Gehäuse, großflächige Verkleidungen oder komplexe Spritzgussteile: Bei einem Materialwechsel sollte die reale Bauteilgeometrie überprüft werden.
Digimold Reverse Engineering unterstützt Industrieunternehmen mit optischer 3D-Messtechnik, flächenhaften CAD-Soll-Ist-Vergleichen und geometrischen Auswertungen für die Werkzeugkorrektur.
Unsere Leistungen umfassen:
- 3D-Scan von Kunststoffbauteilen
- Geometrievergleich verschiedener Materialrezepturen
- CAD-Soll-Ist-Vergleich
- Analyse von Formabweichungen und Verzug
- Messdatengestützte Vorbereitung von Werkzeugkorrekturen
- Unterstützung bei Bombierung und Verzugskompensation
Materialwechsel geplant? Bauteilgeometrie prüfen lassen
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