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Die Parmaco AG in Fischingen in der Schweiz ist darauf spezialisiert und nennt Längenabmessungen bis zu etwa 70 mm und Gewichte zwischen 1 und 110 g für darstellbar. Beim Mikro-MIM sind sogar bis zu 0,01 g möglich. Das Herstellen der Formen erforderte bisher jedoch Vorlaufzeiten von mehreren Monaten.
Warum dies problematisch sein kann, erläutert der Geschäftsführer von Parmaco, Georg Breitenmoser: „Bei der Entwicklung von MIM-Anwendungen ist eine möglichst frühzeitige Zusammenarbeit mit den Konstrukteuren des Kunden von besonderem Nutzen. Denn häufig würden Konstrukteure noch nicht die Besonderheiten und Restriktionen des Prozesses berücksichtigen. Hier sei dann die Prozesserfahrung des Zulieferers gefragt. Mit seinem Know-how könne er die hohe Gestaltungsfreiheit des Spritzgießens nutzen, um belastungsoptimierte Strukturen mit Freiformflächen sowie Verrippungen oder Bohrungen zu erzeugen und so Materialverbrauch, Kosten und Gewicht zu minimieren.
Zudem lassen sich Zusatzfunktionen bis hin zu Gewindebohrungen gleich mit ins Bauteil integrieren. Allerdings braucht es dann oft Tests mit voll funktionsfähigen Prototypen. Und da sich MIM-Teile bisher nur mithilfe aufwendiger Metallformen herstellen ließen, bedeutete dies lange Wartezeiten von typischerweise acht Wochen oder mehr. Doch diese Lücke kann der Spezialdienstleister Injex jetzt schließen.
„Als Start-up an der ETH Zürich haben wir uns auf die besonders schnelle Herstellung von kleinformatigen Spritzguss-Prototypen spezialisiert“, sagt Oliver Schlatter, Mitgründer und Geschäftsführer der Injex AG. Typische Reaktionszeiten liegen bei zwei bis drei Werktagen, fallweise kann sogar innerhalb von
24 Stunden geliefert werden.
„Um die Spritzlinge schnell herstellen zu können, bestehen unsere Prototypformen nicht nur aus Metall, sondern auch aus weiteren Werkstoffen“, ergänzt Schlatter. Dazu gehören Duroplaste ebenso wie auch Komponenten aus Keramik. Für formgebende Konturen kommen häufig additive Verfahren zum Einsatz. Die so entstehenden Hybridformen bilden die Teile mit der erforderlichen Genauigkeit ab. Zwar sind sie nicht ganz so hoch belastbar und auch nicht so haltbar wie Ganzmetall-Formen, doch reichen sie dazu aus, bis zu 100 brauchbare Bauteile aus dem Originalwerkstoff und mit dem Originalverfahren herzustellen.
„Ausgangspunkt ist für uns die 3D-CAD-Darstellung des gewünschten Bauteils“, sagt Oliver Schlatter. Diese wird um produktionstechnische Details wie Fließkanäle oder Entformungsschrägen ergänzt. Anschließend wird per 3D-Druck ein Formeinsatz erzeugt und mit anderen Komponenten zur vollständigen Hybridform ergänzt. Vor dem Einsatz wird meist noch manuell nachgearbeitet, um die Oberflächenqualität zu verbessern und die Abbildungsgenauigkeit zu optimieren.
Das Spritzgießen erfolgt mit dem vom Kunden vorgegebenen Material. Hierbei kann es sich um Kunststoffe oder eben um Feedstock-Mischungen für das MIM- oder das CIM-Verfahren handeln. Der Prozess läuft weitgehend manuell ab. Sowohl der Zusammenbau des Werkzeugs als auch die Entformung des Spritzlings erfolgen von Hand.
Prototyp entspricht späteren Serienteilen
Bei Parmaco durchlaufen die so erzeugten „Grünlinge“ anschließend die übliche Prozesskette aus Entbindern, Sintern und eventuell zusätzlichen Fertigungsschritten. Die schnelle Verfügbarkeit der spritzgegossenen Teile verkürzt die Entwicklungszeiten enorm. Zudem lassen sich auch Kleinstserien von MIM-Bauteilen bis hin zu individuellen Varianten zu konkurrenzfähigen Kosten herstellen, heißt es. Besonders attraktiv: Die Prototypen entstehen bereits im späteren Serien-Herstellprozess. Somit entsprechen sie maßlich sowie in Bezug auf Material und dessen Eigenschaften den späteren Serienteilen.
Beim Vergleich der Prototypenteile mit MIM-Bauteilen, die Parmaco im üblichen Serienprozess herstellt, zeigten sich gewisse Unterschiede. Mit dem Originalverfahren erreicht Parmaco durchschnittliche Maßabweichungen von 1 bis 19 µm bei einer Streuung zwischen 4 und 26 µm. Bei MIM-Teilen aus Injex-Werkzeugen ergaben sich durchschnittliche Maßabweichungen von 5 bis 100 µm und Streuungen von 16 bis 52 µm.
Standardmäßig hergestellte MIM-Bauteile von Parmaco erreichten eine Oberflächenrauheit Ra von 1 µm, während solche aus Injex-Werkzeugen bei etwa 2 µm lagen. Die Dichte der aus Injex-Komponenten erzeugten MIM-Teile war um etwa 1,3 % geringer.
Auch wenn die MIM-Teile aus Injex-Werkzeugen somit nicht zu 100 % die Eigenschaften von Serienteilen erreichen, sind die Abweichungen in vielen Fällen gering genug, um ihren Einsatz bei Kleinstserien oder Prototypanwendungen zu rechtfertigen. Das gilt vor allem im Blick auf die Oberflächenrauheit und die Vergleichbarkeit des Fertigungsverfahrens. Hier erwiesen sich die Injex-Prototypen deutlich überlegen gegenüber jenen, die mit additiven Verfahren wie SLM (Selective Laser Melting) hergestellt wurden.
Klaus Vollrath ist Fachjournalist in Aarwangen/Schweiz
