{"id":35763,"date":"2023-03-13T12:45:50","date_gmt":"2023-03-13T11:45:50","guid":{"rendered":"https:\/\/php8.plastv.de\/?p=35763"},"modified":"2023-03-13T12:45:50","modified_gmt":"2023-03-13T11:45:50","slug":"case-study-ultraschallschweissen-anspruchsvoller-3d-geometrien","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/plas.tv\/?p=35763","title":{"rendered":"Case-Study: Ultraschallschwei\u00dfen anspruchsvoller 3D-Geometrien"},"content":{"rendered":"
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Wie lassen sich Schwierigkeiten bei der Umsetzung von <\/i>Sonotrodenkonturen<\/i>\u00a0in Verbindung mit 3D-Schwei\u00dfkonturen im ersten Anlauf l\u00f6sen? Diese Fragestellung stand am Anfang des Projekts \u201eProbek\u00f6rper f\u00fcr das Ultraschallschwei\u00dfen anspruchsvoller 3D-Geometrien\u201c, das BARLOG Plastics f\u00fcr die Herrmann Ultraschalltechnik GmbH & Co. KG anl\u00e4sslich der K 2022 umgesetzt hat. Der Spezialist im Ultraschallschwei\u00dfen stellte an seinem Messestand seinen 3D-Delfin vor, dessen Teile von den Messebesuchern vor Ort live verschwei\u00dft werden konnten. Welche Entwicklungsdienstleistungen wurden genutzt, um die beiden Bauteile schnellstm\u00f6glich passgenau produzieren zu k\u00f6nnen?<\/i><\/h1>\n<\/div>\n
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Die Problemstellung als Grundstein f\u00fcr eine neue Projektidee<\/b><\/p>\n

Die Idee des Projekts entstand durch wiederholte Schwierigkeiten aufgrund von regelm\u00e4\u00dfig auftretenden Bauteildefiziten, die eine nachtr\u00e4gliche Anpassung der Sonotrodenkonturen zur Kompensation dieser Defizite erforderten. Das Ultraschallschwei\u00dfen von 3D-Geometrien ist zwar in der Produktion ein sicheres und benutzerfreundliches Verfahren, bedarf jedoch bei der Erstellung des Schwei\u00dfprozesses gro\u00dfem Know-how aufgrund einer hohen Anwendungskomplexit\u00e4t. Der Unterschied zum herk\u00f6mmlichen Verschwei\u00dfen von 2D-Geometrien ist, dass die Sonotrode das komplette Bauteil aufnehmen muss. Dieser Prozessschritt ist oftmals komplikationsanf\u00e4llig, da die Sonotrodenkontur auf Basis von CAD-Daten eingebracht wird. Das physische Kunststoffbauteil weicht jedoch h\u00e4ufig in Gr\u00f6\u00dfe und Geometrie (durch Schwindung und Verzug) vom CAD-Modell ab. Dies f\u00fchrt zu einer ungleichm\u00e4\u00dfigen Schwei\u00dfung sowie unerw\u00fcnschten Druck- oder Glanzstellen auf der Oberfl\u00e4che des Bauteils. Diese Defizite der Bauteile k\u00f6nnen durch Konturkorrekturen, die eben diese Defizite ber\u00fccksichtigen, an der Sonotrode kompensiert werden. In manchen F\u00e4llen ist jedoch eine h\u00e4ndische Nachbesserung der Sonotrodenkontur notwendig, um ein ideales Schwei\u00dfergebnis zu gew\u00e4hrleisten, wodurch sich die Entwicklungsdauer des Schwei\u00dfprozesses verz\u00f6gert.<\/p>\n

Projektstart: Findung einer geeigneten 3D-Geometrie<\/b><\/p>\n

Um f\u00fcr die Demonstration der Ultraschall-Schwei\u00dftechnologie nicht von Kundenbauteilen abh\u00e4ngig zu sein, wurden f\u00fcr Herrmann Ultraschall eigene Probek\u00f6rper entwickelt. Bei der Konzeption des Bauteils mit einer anspruchsvollen 3D-Kontur, entschied man sich f\u00fcr einen Delfin, der unter anderem als Give-away f\u00fcr Messen geplant war. Nachdem jedoch w\u00e4hrend der Projektphase bei Herrmann Ultraschall bisherige Give-aways nicht mehr geliefert werden konnten, entschied sich das Unternehmen die Anzahl der zu produzierenden Delfin-Bauteile kurzfristig von rund 200 auf insgesamt 10.000 St\u00fcck zu erh\u00f6hen. Dank der Flexibilit\u00e4t, der Zuverl\u00e4ssigkeit und dem Know-how
\nvon BARLOG Plastics konnte das Projekt schnell weiter vorangetrieben und umgesetzt werden. Wichtig waren zu diesem Zeitpunkt eine kunststoffgerechte Entwicklung des Bauteils und die Reduzierung der Time-to-market f\u00fcr die Bauteile \u2013 beides Kernkompetenzen von BARLOG Plastics.<\/p>\n<\/div>\n

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Abbildung 1: Geometrieentwicklung im Laufe des Prozesses<\/div>\n<\/div>\n
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Weiterer Projektverlauf nach kurzfristiger St\u00fcckzahlerh\u00f6hung<\/b><\/p>\n

Im Laufe der Entwicklungsphase wurde in agiler Zusammenarbeit mit Herrmann Ultraschall das Design des Delfins weiter perfektioniert. Im Fokus stand hierbei, die optische Erwartung mit der kunststoffgerechten Auslegung zu vereinen. Im Anschluss an die Erstellung des finalen 3D-Modells, wurde eine Spritzgusssimulation beider zu verschwei\u00dfenden Halbteile des Delfins durchgef\u00fchrt. Dieser Prozessschritt war wichtig, um eine Prognose \u00fcber m\u00f6gliche auftretende Spritzgie\u00dffehler und Verzug bei Erkaltung des Materials abzugeben. Vor allem ein potentieller Verzug w\u00fcrde bei der nachfolgenden Verschwei\u00dfung die gr\u00f6\u00dften Probleme bereiten. Dar\u00fcber hinaus durfte das neue Give-away keine unsch\u00f6nen Binden\u00e4hte aufweisen, welche beispielsweise durch das Zusammentreffen vom Schmelzfronten entstehen. Auch m\u00f6gliche Verbrennungen, ausgel\u00f6st durch Lufteinschl\u00fcsse, galt es zu vermeiden.<\/p>\n

Simulationsergebnis als Indikator f\u00fcr weiteren Handlungsbedarf<\/b><\/p>\n

Das Simulationsergebnis zeigte Handlungsbedarf in der ersten Iterationsschleife. Besonders der Bereich der R\u00fcckenflosse war sowohl von Binden\u00e4hten, als auch von m\u00f6glichen Lufteinschl\u00fcssen betroffen.<\/p>\n<\/div>\n

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Abbildung 2: Spritzgusssimulation – Vorher \u2013 Nachher Gegen\u00fcberstellung<\/div>\n<\/div>\n
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Die L\u00f6sung war eine Anpassung der jeweiligen Wandst\u00e4rken \u2013 Die innenliegende Wand der R\u00fcckenflosse wurde seitlich reduziert, so dass die Schmelze in diesem Bereich \u00fcber eine Flie\u00dfbremse verlangsamt werden konnte. Gleichzeitig konnte aufgrund der Erh\u00f6hung der Wandst\u00e4rke im Bereich der R\u00fcckenflossenspitze ein gleichm\u00e4\u00dfiger Schmelzefluss erzeugt werden. Durch die gew\u00e4hlten Anpassungen konnten Lufteinschl\u00fcsse verhindert und die auftretende Bindenaht auf ein Minimum reduziert werden. \u201eWir freuen uns, dass die Anpassungen der Wandst\u00e4rken auf Grundlage der Simulationsergebnisse eine beschleunigte Bauteilentwicklung erm\u00f6glicht hat\u201c, sagt Jonathan B\u00f6ker, Projektmanager bei BARLOG Plastics.<\/p>\n

Startschuss zum Bau des Werkzeugs und Beginn der Produktion<\/b><\/p>\n

Nachdem die Anpassungen aus den Simulationsergebnissen umgesetzt waren, erfolgte die Freigabe der Daten und somit der Startschuss f\u00fcr die Herstellung der Spritzgie\u00dfwerkzeuge. An diesem Punkt kam die St\u00e4rke von BARLOG Plastics erneut zum Tragen, denn bereits vier Wochen sp\u00e4ter sollten rund 2.000 Delfine an Herrmann Ultraschall geliefert werden. Um eine solche Aufgabe zu bew\u00e4ltigen, setzt der Kunststoff-Experte auf Aluminium-Werkzeugeins\u00e4tze, die unkompliziert in einem eigenen Stammformsystem eingebaut werden. Dadurch ist ein schneller R\u00fcstprozess der Spritzgie\u00dfwerkzeuge m\u00f6glich und sorgt im rasanten Prototypengesch\u00e4ft f\u00fcr den gew\u00fcnschten Wettbewerbsvorteil. Dank der einfach zu bearbeitenden Aluminiumwerkzeuge und auf Basis der virtuellen Produktentwicklung im Voraus, konnten innerhalb von nur drei Wochen funktionale Muster schon bei Erstmusterung hergestellt werden. Die Bedenken, die Delfine innerhalb k\u00fcrzester Zeit an die Sonotrodengeometrie anpassen zu m\u00fcssen, konnten nach Eingang dieser ersten Muster beiseite geschoben werden. Die Bauteile passten auf Anhieb perfekt zusammen, so dass keinerlei Anpassung mehr an die Sonotrode n\u00f6tig war. \u201eSchon die Wahl des richtigen Anspritzpunkts f\u00fchrte zu einem reduzierten Schwindungs- und Verzugsverhalten und sorgte in Kombination mit der Optimierung am digitalen Zwilling f\u00fcr passgenaue Bauteile\u201c, sagt Jonathan B\u00f6ker. \u201eDies sparte wertvolle Zeit im Produktionsprozess. Aufgrund der Simulationsergebnisse konnten die Werkzeuge schnell sowie effektiv gebaut, die Time-to-market signifikant reduziert und die Fehlerquellen im Spritzgussprozess eliminiert werden\u201c, erg\u00e4nzt er abschlie\u00dfend.<\/p>\n

Zufriedenheit auf ganzer Linie<\/b><\/p>\n

\u201eEs ist absolut beeindruckend, dass die Delfine im ersten Versuch exakt den 3D-Daten entsprachen\u201c, so Jochen Ochs, Head of Applications bei Herrmann Ultraschall. \u201eWir freuen uns sehr \u00fcber das perfekte Ergebnis der Bauteile und, so ein neues Give-away als Hingucker auf unseren Messen zu haben\u201c, erg\u00e4nzt er. Unter dem Motto \u201eVon der Idee bis zur Serienreife\u201c konnte in diesem Projekt das Know-how von BARLOG Plastics einflie\u00dfen und mit einem hochzufriedenen Kunden innerhalb von nur drei Monaten abgeschlossen werden. Aufgrund der weiterhin gro\u00dfen Nachfrage nach den Delfinen, besteht nun sogar die M\u00f6glichkeit zuk\u00fcnftig mit Arburg und einem weiteren Partner den Delfin mit hinterspritzten Folien in einem vollautomatisierten Prozess inklusive Verschwei\u00dfung herzustellen.<\/p>\n<\/div>\n

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Abbildung 3: Werkzeug mit finalem Bauteil<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/section>\n
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