Werkzeugbau günstig und schnell

Wie lassen sich Spritzgusswerkzeuge zur Fertigung von Prototypen und Kleinstserien kostengünstiger und schneller herstellen als bislang? Mit dieser Frage beschäftigt sich Markus Mechelhoff aus Dinklage schon seit Jahren. Jetzt hat er eine Lösung gefunden.

Spritzgusswerkzeuge werden in der Regel aus Aluminium oder Werkzeugstahl hergestellt. Für große Serien an Bauteilen rentiert sich das, selbst wenn dabei Kosten von mehreren 100.000 Euro anfallen. Für kleinere Produktionsreihen von bis zu 500 Stück und Prototypen lohnt sich eine solche Investition nicht. Darüber hinaus fallen die langen Lieferzeiten von bis zu sechs Wochen negativ ins Gewicht. „Letztlich ist eine Mindeststückzahl von rund 500 Teilen oder mehr unbedingt notwendig, um überhaupt eine Wirtschaftlichkeit des Fertigungsprozesses darstellen zu können“, erläutert Mechelhoff, Chef der Merkutec GmbH & Co. KG.

Kunststoffe waren bislang keine Alternative für den Formenbau. Grund: Es waren keine geeigneten Materialien verfügbar, die den extremen Prozessbedingungen im in der Regel bevorzugten Spritzgussverfahren standhalten. Ärgerlich vor allem, weil die Nachfrage an Kleinserien in den vergangenen Jahren kräftig angestiegen ist. „Das ließ mir keine Ruhe“, sagt Mechelhoff. Er ist es gewohnt, Probleme als Herausforderung zu sehen und nach Lösungsmöglichkeiten zu suchen.

Mit der in Schleswig-Holstein ansässigen Altropol Kunststoff GmbH und dem Institut für Polymer- und Produktionstechnologien in Wismar fand der Unternehmer aus dem Oldenburger Münsterland schließlich Ende 2020 geeignete Partner für die Entwicklung des neuartigen Materialsystems zur Fertigung von Formeinsätzen. Im Projekt „Rapid Tooling“ erarbeiteten die Projektpartner einen Prozess, in dem analog zum Vakuumgießverfahren das Materialsystem mit Hilfe eines Urmodels zu Formeinsätzen vergossen werden kann. Kosten und Zeit werden mit dem neuen Materialsystem und dem Verarbeitungsverfahren reduziert. Gefördert wurde das Vorhaben durch einen sechsstelligen Zuschuss aus dem Zentralen Innovationsprogramm Mittelstand. Inzwischen konnte das Projekt erfolgreich abgeschlossen werden.

Bei dem neu entwickelten Material handelt es sich um einen duroplastischen Kunststoff. Er setzt sich zusammen aus der Matrix und dem Füllstoff. Während die Matrix auf zwei oder mehr Komponenten sowie einem aus Additiven bestehenden Harz/Härter-System vorzugsweise auf Basis von Epoxid oder Polyurethan aufbaut, setzt sich der Füllstoff aus sphärischen Partikeln und Mischungen aus vorzugsweise mineralischen und/oder metallischen Werkstoffen und deren Legierungen zusammen. Für Markus Mechelhoff ist die Entwicklung ein großer Schritt nach vorn: „Endlich wird Spritzguss auch für Kleinserien attraktiv.“