Spritzen & Giessen

Noch näher ans Original

22.09.2009

Messen: Beim Optimieren von Werkzeugen können optische Messsysteme dafür sorgen, dass der Prozess deutlich beschleunigt und die Genauigkeit erhöht wird. Die Gesellschaft Optische Messtechnik (GOM) zeigt dies mit ihrem Digitalisierungssystem ATOS II am Beispiel eines Werkzeugs für eine gasdichte Atemmaske.

Polaroid Photos of a Toddlers Many ExpressionsWerkzeuge für formgebende Verfahren durchlaufen eine wichtige Entwicklungsphase, in der sie berechnet und optimiert werden müssen: Das Werkzeug ist nicht einfach nur das Negativ der zu fertigenden Form. Die physikalischen Eigenschaften während der Formgebung (Elastizität, Schrumpfverhalten, Fließverhalten …) sind zu berücksichtigen und erfordern eine modifizierte Werkzeugform, damit letztendlich die Produktion maßhaltiger Teile möglich ist.

Maßhaltigkeit überwachen

Hier ist die optische 3D-Digitalisierung ein bewährtes Hilfsmittel, um Werkzeuge zu optimieren und deren Maßhaltigkeit zu überwachen. Bei der Erstmusterprüfung einer gasdichten Atemmaske kam beispielsweise das hochwertige Atos-Digitalisierungssystem zum Einsatz, das die gefertigten Teile mit hoher Punktdichte und guter Messgenauigkeit beschreibt. Die Atos-Software kann auch die Messdaten eines Werkstück-Teils mit seiner Formvorgabe im CAD-Datensatz vergleichen. Vorhandene Abweichungen werden am Bildschirm dargestellt und machen nötige Änderungen sichtbar. So können Formänderungen am Werkzeug effizient ausgeführt werden.

Das geänderte Werkzeug wird digitalisiert, die optimierte Form wird als Referenzdatensatz gespeichert. Die Messdaten (stl-Netzdaten oder Schnittdaten in vda, iges oder ASCII) ermöglichen es, den CAD-Datensatz nachzuführen, um die Fertigungsunterlagen zu aktualisieren, so dass diese identisch zum optimierten Werkzeug sind. So kann mit wenig Zeit- und Kostenaufwand der Werkzeugsatz mehrfach hergestellt werden. Ebenso ist es möglich, bei der Konzeption ähnlicher Werkzeuge auf Erfahrungen zurückzugreifen oder aber vorhandene Werkzeugformen zu archivieren. Somit kann leicht auf optimierte und bewährte Werkzeugformen zurückgegriffen werden, falls ein Werkzeug zerbricht oder zu überarbeiten ist.

Mit Hilfe der 3D-Digitalisierung ist es einfach, auch ein bereits vorhandenes Werkzeug zu duplizieren. Die aus den Messdaten entstandene dichte Punktewolke wird über eine Flächenrückführung in ein CAD-Oberflächenmodell umgewandelt. Es ist aber auch möglich, eine numerische Werkzeugmaschine einzusetzen, die mit einer CAM-Software direkt auf den von Atos generierten Datensätzen fräst.

Schnelles Verfahren

Ein solches Verfahren ist sehr schnell. Das Digitalisieren benötigt nur kurze Zeit, so dass keine langen Stillstandszeiten der Maschinen anfallen. Außerdem können Digitalisierungsarbeiten auch während der Wartung einer Maschine ausgeführt werden.

Die Atemmaske besteht aus einem einzigen Teil mit integrierter Befestigung, Dichtungsmembranen, und Aufnahme für den Filter. Daraus ergibt sich eine sehr komplexe Spritzgießform.

Verschiedene Bereiche müssen überlappend gespritzt werden. Die Form besteht somit aus mehreren Teilen (Haupt­elemente, Einschübe, Kerne …), die jeweils ein Teil der Maskenform erzeugen. Das geschlossene Werkzeug ergibt dann eine kompakte, dichte Gießform, in die das Material eingespritzt wird.

Problematisch sind die geringen Materialstärken der Maske, die Dichtigkeit der Werkzeugteile untereinander und die Genauigkeit der Maske zu den CAD-Vorgabedaten. Die 3D-Daten des gesamten Werkzeuges, mit allen Einsätzen, mussten vor Ort neben der Spritzgießmaschine während einer vorgesehenen Wartungsphase von 5 h erfasst werden.

Exakte Referenz

Die Digitalisierung erfolgte mit dem Atos II XL-System. Um eine genaue Referenz derGOM_2 diversen Elemente zu garantieren, wurden alle Teile in ihrer aktuellen Lage im vordefinierten Werkzeugkoordinatensystem erfasst.

In der ersten Phase wurde die geschlossene Form digitalisiert. Auf die Außenfläche jedes Einzelteils wurden mindestens drei Referenzpunkte geklebt, die das GOM-Digitalisierungssystem im Werkzeug-Koordinatensystem erfasst und definiert. Nahm man die Teile jetzt auseinander, bewegten sich diese „Fixpunkte“ mit den entsprechenden Elementen. Die Einzelteile konnten nun im demontierten Zustand digitalisiert werden, wobei die Daten die Ist-Koordinaten der geschlossenen Form zeigen.

Das GOM-Photogrammetriesystem Tritop unterstützte diese Technik optimal. Es erfasste die exakte Position der außen liegenden Referenzpunkte. Beim Öffnen der Form wurden zusätzliche Referenzpunkte auf die neu sichtbaren Bereiche aufgebracht und in einer zweiten Phase im Werkzeugkoordinatensystem erfasst. Die in Tritop definierten Positionen der Referenzpunkte wurden im Atos-Digitalisierungssystem genutzt, um die Formdaten jedes Teiles im vordefinierten Koordinatensystem zu digitalisieren. Das Zusammenspiel dieser sehr genauen Messtechniken und ihre Kompatibilität ist der Schlüssel zum genauen Vermessen komplexer Formen.

Um die Genauigkeit der Messdaten zu überprüfen, wurden an kritischen Stellen die Materialstärken mit Atos berechnet. Mit Messungen an den Formteilen wurde die Dichtigkeit bestätigt und an der fertigen Maske die Materialstärke geprüft. Das neue Formwerkzeug wurde mit einer Messungenauigkeit von insgesamt ±0,05 mm gefertigt. Die neu erstellten Formflächen wurden mit den erfassten Punkten der Punktwolke verglichen. Die Messabweichungen waren kleiner als ±0,03 mm.


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