Das Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) in Industrie und Handwerk an der RWTH Aachen erforscht im Exzellenzcluster „Integrative Produktionstechnik für Hochlohnländer“ zusammen mit den Forschungspartnern CATS (Computergestützte Analyse technischer Systeme), ILT (Institut für Lasertechnik) und WZL (Werkzeugmaschinenlabor) an der RWTH Aachen einen neuartigen Ansatz zur Herstellung von additiv gefertigten Werkzeugen, die bei der Herstellung von Kunststoffprofilen und -folien zum Einsatz kommen.
Die Geometrie dieser Werkzeuge muss auf die Fließeigenschaften der Kunststoffe abgestimmt sein. Diese Abstimmung bedarf bisher oft langer Iterationsschleifen in Simulation und Experiment, die einen erheblichen Kosten- und Zeitfaktor darstellen und langfristig die Fertigung in Hochlohnländern gefährden. Das Forschungsprojekt an der RWTH Aachen hat das Ziel, die manuellen Versuche und Auswertungen durch einen automatischen Algorithmus zu ersetzen. Allerdings liefert dieser Geometrien, die mit konventionellen Fertigungsverfahren nicht immer abzubilden sind. Laut dem IKV bietet sich hierfür die additive Fertigung an. Dabei entsteht aus Stahlpulver durch lokales Aufschmelzen ein kompakter Feststoff. Die zwangsläufig entstehende Rauigkeit der Werkzeugoberfläche ist Fluch und Segen zugleich: Sie muss zwar am Austrittsende des Werkzeugs auf ein geringes Maß gesenkt werden, damit die produzierten Kunststoffoberflächen selber eine akzeptable Oberfläche aufweisen, sie bewirkt aber auch ein deutlich verbessertes Spülverhalten. Im Laborversuch wurde nachgewiesen, dass ein Farbwechsel in einem additiv gefertigten Extrusionswerkzeug um 25 % schneller als beim konventionell gefertigten Werkzeug möglich ist. Als Demonstrator des Exzellenzclusters wurde von den Forschern in den Bereichen Strömungssimulation, additive Fertigung, Werkzeugmaschinen und Kunststofftechnik ein Extrusionswerkzeug ausgelegt und mittels additiver Fertigung hergestellt. Dieses Demonstrationswerkzeug verdeutlicht ein Produktionssystem, in dem die Auslegung automatisch ohne langwierige Versuchsreihen erfolgt. Gleichzeitig wird die Fertigung in einem einzigen vollautomatischen Prozessschritt realisiert, womit die Anzahl der Montageschritte deutlich reduziert wird. Mehr als 25 Institute der RWTH Aachen erforschen im Exzellenzcluster „Integrative Produktionstechnik für Hochlohnländer“ gemeinsam an nachhaltigen Lösungen, das von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert wird. Die dabei gewonnenen Erkenntnisse sollen in Folgeprojekten weiterentwickelt werden, bei denen sich Interessenten in verschiedener Form einbringen können.