Formfüllsimulation in 3D (SIGMAsoft) für PIM Materialien

In der Kunststoffverarbeitung ist die Simulation des Formfüllvorganges nicht mehr wegzudenken. Die Optimierung des Spritzgussprozesses beinhaltet dabei Zykluszeitverkürzung, Werkzeugauslegung, Materialeinsparung durch Angusssystemoptimierung, Kühlkanalauslegung und Bindenahtpositionierung, was für komplexe Bauteile ohne rechnergestützte Simulation nicht zu bewerkstelligen ist.

Ähnlich sieht das für den Metallpulverspritzguss aus, auch wenn sich das zu verarbeitende Material in wesentlichen Eigenschaften ganz anders verhält: Die hochgradige Füllung eines bei niedrigen Temperaturen schmelzenden Bindersystems mit Metallpulver führt beispielsweise zu Wärmeleitfähigkeiten, die weit über den Werten ungefüllter Kunststoffe liegen. Dafür gibt es bei den sogenannten MIM / PIM Feedstock durch den hohen Füllgrad bis zu 70%Vol ein völlig anderes PVT – Verhalten, z.B. geringe Kompressibilität, keine oder nur minimale Volumensprünge durch Kristallisation und durch Kombination einzelner Binderkomponenten einen relativ breiten Schmelztemperaturbereich.

Zudem können MIM-typische Fehler auftreten, die in der Kunststoffverarbeitung in dieser Form selten oder sogar unbekannt sind, wie

  • das Ablösen innerer Strukturen entlang des Fließweges
  • innere Hohlräume, jedoch ohne äußerlich erkennbare Einfallstellen

Derartige Fehler sind zerstörungsfrei nur sehr schwer zu erkennen, zumal sie nach der Sinterung häufig nur als nicht versinterte Schichten innerhalb des Bauteiles erkannt werden.

 

Simulation für MIM / PIM

3D-Modell der genormten MIM Zugprobe.
© Fraunhofer IFAM

3D-Modell der genormten MIM Zugprobe.

Die Möglichkeiten, per Prozesssimulation die beschriebenen Fehlermöglichkeiten erkennen zu können, werden anhand einer genormten MIM Zugprobe gezeigt. Obwohl es sich hierbei um eine relativ einfache Geometrie handelt, wurde in der Praxis bei der Herstellung von Zugproben das Auftreten der oben beschriebenen internen Defekte beobachtet.

Anhand von drei unterschiedlichen Feedstocksystemen wurden am Fraunhofer IFAM verschiedene Spritzgussparameter und deren Auswirkungen auf das mögliche Auftreten innerer Defekte untersucht.

Eine Zusammenfassung der Ergebnisse finden Sie hier: