Beim Erkalten von Kunststoffen entstehen Volumenkontraktionen durch Schrumpfen und Schwinden. Um die im CAD-Modell vorgegebenen, immer enger gesetzten Toleranzen von Bauteilen trotzdem einhalten zu können, müssen diese Schwindmaße bei der Entwicklung der Spritzgießformen berücksichtigt werden. Bis zu zehn Werkzeuganpassungen sind deshalb bei vielen Unternehmen nach wie vor üblich. Pro Iterationsschleife fallen zahlreiche Arbeitsschritte, wie etwa das Auseinanderbauen des Werkzeugs, das Messen der Bauteile, die Interpretation der Ergebnisse, die Re-Konstruktion im CAD-Modell, die erneute Fertigung und Anpassung des Werkzeugs, an. Bis das perfekte Werkzeug auf der Maschine sitzt, vergehen so nach der Erfahrung von Marius Häusele, Produktmanager Metrology Application Software Unternehmensbereich Zeiss Industrial Metrology, in der Regel mehrere Monate.

Mit Software schneller in die Produktion

Die eingefärbten Bauteilflächen sind relevant für die Dichtigkeit und entsprechen noch nicht den vorgegebenen Toleranzen. Das Spritzgusswerkzeug muss daher entsprechend korrigiert werden.

Die eingefärbten Bauteilflächen sind relevant für die Dichtigkeit und entsprechen noch nicht den vorgegebenen Toleranzen. Das Spritzgusswerkzeug muss daher entsprechend korrigiert werden.

Die Erfahrungen der Anwender der Software Zeiss Reverse Engineering (ZRE)  sind dagegen eindeutig: Statt sieben, sechs oder fünf Werkzeuganpassungen brauchen sie heute nur zwei oder sogar nur eine Iterationsschleife. Die Kostenvorteile für die Firmen sind dementsprechend hoch: Fallen vier Werkzeugkorrekturen weg, sparen sich Firmen erfahrungsgemäß mindestens 40.000 EUR häufig sogar 60.000 EUR pro Bauteil. Doch die finanziellen Einsparungen sind längst nicht „der größte Vorteil“, so Häusele. Was ihre Wettbewerbsfähigkeit noch viel nachhaltiger stärkt: „Sie kommen mit ZRE schneller in die Produktion.“

Das Kunststoffverarbeitungs-Unternehmen Horst Scholz, Kronach, beispielsweise entwickelte mit ZRE ein Spritzgusswerkzeug für ein medizinisches Produkt so schnell und präzise, dass er fünf Monate früher als üblich mit der Fertigung starten konnte. Kein Einzelfall, sondern die Regel, wie Häusele betont. So komme ein weiterer seiner Kunden, der trotz Simulationssoftware im Schnitt fünf Iterationen brauchte, mit der Reverse Engineering Software nun mit zwei Iterationen zum perfekten Werkzeug. Der Produktionsstart kann bei diesem Kunden jetzt drei Monate früher erfolgen. Aber für Häusele sprechen nicht nur die zeitlichen und finanziellen Einsparungen für den Einsatz dieses Tools – „wir haben auch Kunden, die die geforderten Toleranzen nur noch mit ZRE erreichen können“.

Langsames Herantasten an das Optimum

Nach der Korrektur des Werkzeugs mit der Reverse Engineering Software liegen die überarbeiteten Flächen des Bauteils komplett im grünen Bereich. (Bildquelle: alle Zeiss)

Nach der Korrektur des Werkzeugs mit der Reverse Engineering Software liegen die überarbeiteten Flächen des Bauteils komplett im grünen Bereich. (Bildquelle: alle Zeiss)

Schneller und effizienter werden Konstrukteure bei der Werkzeugkorrektur mit ZRE, weil viele zeitaufwändige Arbeiten wegfallen, etwa die Bestimmung einer großen Anzahl von Antastpunkten für die spätere KMG-Messung der ersten Testteile. Zudem müssten sie die erfassten Werte ohne ZRE händisch in eine Exceldatei eingeben und dort mit den Soll-Daten des CAD-Modells vergleichen. Anschließend stehen sie vor der Aufgabe, die einzelnen Abweichungen zeitaufwändig in das CAD-Modell zu „zupfen“. Ein sehr fehlerbehaftetes Vorgehen, auch weil in der Regel nur wenige Abweichungspunkte erfasst beziehungsweise korrigiert werden. Das erklärt, warum sich Konstrukteure lange Zeit über viele Korrekturschleifen an das Optimum herantasten müssen. Die Werkzeugkorrektur mit ZRE macht es Anwendern dagegen deutlich einfacher: Zunächst werden hochpräzise Ist-Daten der Testteile erfasst. Für die Zeiss Lösung ist es dabei irrelevant, ob die Scan-Daten mit einem Computertomografen, einem optischen Sensor oder einem KMG generiert wurden.

Expertise bleibt gefragt

Weniger Iterationsschleifen: Mit der Mit der Reverse Engineering Software können Unternehmen den Aufwand für Anpassungen Spritzgusswerkzeugen mindestens halbieren.

Weniger Iterationsschleifen: Mit der Reverse Engineering Software können Unternehmen den Aufwand für Anpassungen Spritzgusswerkzeugen mindestens halbieren.

Die aufgenommene Punktewolke beziehungsweise das Polygonnetz wird in ZRE importiert – wie auch das CAD-Modell des Werkzeugs und das des Produkts. Anschließend wird in definierten Bereichen eine Soll-Ist-Analyse durchgeführt. Sie gibt den Hinweis, wie die abweichenden Punkte invertiert und auf das CAD-Modell des Werkzeugs übertragen werden. Mit der Funktion der Flächenrückführung wird eine neue Fläche an die korrigierten Punkte angenähert und wieder ins ursprüngliche CAD-Modell eingepasst. So sind keine aufwändigen Verschneidungen notwendig.

Im Unterschied zu anderen Lösungen entscheidet der Anwender in ZRE deshalb aufgrund seiner Expertise, welche Abweichungen zu welchem Wert in das Werkzeug übertragen werden sollen und markiert die entsprechenden Flächen im CAD-Modell. Im Idealfall liegt das mit dem korrigierten Werkzeug hergestellte Testteil dann sofort im vorgegebenen Toleranzbereich.

Doch auch wenn die Expertise des Konstrukteurs nach wie vor gefragt ist, mit ZRE kommen auch jene Entwickler schneller zum Ziel, die noch nicht über ein umfangreiches, materialtechnisches Erfahrungswissen verfügen. „Denn jetzt“, so Häusele, „muss keiner mehr aus dem Bauch heraus entscheiden, jetzt stehen vielmehr sehr viele relevante Daten für die Werkzeugkorrektur zur Verfügung.“

Über den Autor

Syra Thiel

ist Senior Editor bei Storymaker in Tübingen.