logo_gross_beschnitten

Die Fachzeitschrift für Werkstoffe –
Verarbeitung – Anwendung

Rapperswiler Kunststoffforum – so attraktiv wie eh und je

(09.09.2019) Zum 14. Mal fand am IWK Institut für Werkstofftechnik und Kunststoffverarbeitung der HSR am 5. September 2019 das Rapperswiler Kunststoffforum statt.


1_IMG_20190905_161916

Das Rapperswiler Kunststoffforum ist Besuchermagnet, nicht zuletzt wegen der Kombination von Fachvorträgen, Besichtigung der Labors mit Live-Vorführungen und Schifffahrt. (Bilder: Marianne Flury)


Mehr als 180 Teilnehmer aus der Schweiz und dem nahen Ausland nahmen an dem Anlass teil. Auf die anstehende Neuorganisation der Hochschule „Ost“ wies Prof. Alex Simeon, Prorektor für angewandte Forschung & Entwicklung, in seiner Begrüssungsrede hin. Die neue Hochschulorganisation, zusammen mit den Standorten Buchs und St. Gallen, stärkt die Bildungsorganisation und macht sie vielseitiger. Neu wird am Standort Rapperswil der Techpark als «Produktionsstandort im Labormassstab», das Medtechbau Center sowie die Plattform für BIM im Infrastrukturbau der Studiengänge Landschaftsarchitektur und Bauingenieurwesen aufgebaut. Zudem wird im Bereich der Weiterbildung erstmals der CAS Kurs „Auslegung und Herstellung von Kunststoffbauteilen“ angeboten.

Die Integration von Funktionen und das individualisierte Design von Spritzgussbauteilen ist ein anhaltender Trend. Die entsprechende Verfahrenstechnik wird am Institut für Werkstofftechnik und Kunststoffverarbeitung bereits seit einigen Jahren erforscht und optimiert. Das umfassende Know-how in diesem Bereich erlaubt eine massgeschneiderte und effektive Umsetzung mit den Industriepartnern. Um das Leichtbaupotential bei Spritzgiessbauteilen weiter auszuschöpfen, wird am Institut neu das Thermoplastschaumspritzgiessen (TSG) mit Tapevertärkung untersucht. Mit Hilfe einer eigens entwickelten Versuchsanlage kann hierfür die Schäumbarkeit der Thermoplaste im Vorfeld der Spritzgiessversuche analysiert und bewertet werden. „Je komplexer die Verfahren werden und je mehr Funktionen in die Bauteile integriert werden, umso mehr ist eine umfassende Prozessüberwachung notwendig“ stellte Prof. Dr. Frank Ehrig, Institutsleiter IWK und Fachbereichsleiter Spritzgiessen/PUR, fest und verwies auf ein Projekt, in dem durch intelligente Prozessdatenauswertung auf die Bauteileigenschaften geschlossen wird und frühzeitig potentielle Fehler detektiert werden können.

2_IMG_20190905_155414

Engagierte Gespräche anlässlich der Besichtigungstouren: Referent Prof. Dr. Roman Hänggi (r.) im Element.


Durch die Sensibilisierung der Gesellschaft auf die Umweltaspekte steigt auch der Anspruch, den CO2 Footprint von Spritzgiessbauteilen zu reduzieren. Neben einem sorgsamen Umgang mit den Ressourcen zur Herstellung der Werkstoffe und der konsequenten Werkstoffrückführung muss der Energieverbrauch bei der Verarbeitung der Kunststoffbauteile reduziert werden. Dipl.-Ing. Helmut Gries, CCO der Gesellschaft Wärme Kältetechnik gwk zeigte, welches Potenzial durch eine moderne Anlagentechnologie für Heiz- und Kühlprozesse ausgeschöpft werden kann. Neben einer geeigneten Pumpen- und Ventiltechnik bietet sich auch eine optimierte Kühltechnik an, um den Energieverbrauch zu senken. Massnahmen, welche aufgrund der heutigen Umweltsituation unumgänglich sind. Die Mehrkosten der modernen Infrastruktur werden durch die reduzierten Betriebskosten amortisiert.

„Digital Twins“ sind digitale Repräsentationen von Objekten aus der realen Welt. Sie ermöglichen eine effiziente Optimierung des Objekts und erlauben eine Reduktion der aufwändigen experimentellen Untersuchungen. Am Beispiel von geklebten Strukturen zeigte Prof. Dr. Pierre Jousset, Fachbereichsleiter Verbindungstechnik, anschaulich auf, wie eine automatisierte Identifikation und Optimierung von Materialparametern anhand Digital Twins durchgeführt und mit welcher Genauigkeit komplexe Strukturen heute simuliert werden können. Der Mehrwert in der Produktentwicklung zeigt sich in geringeren Entwicklungskosten und besserer Voraussagbarkeit des Bauteilverhaltens z.B. unter mechanischer Belastung.

Im Anschluss demonstrierte Prof. Dr. Mohammad Rabiey, Fachbereichsleiter Fertigungstechnik Metall, welche Möglichkeiten sich in der Bauteilfertigung durch das Laser Metal Deposition (LMD) ergeben. So können geometrisch komplexe Strukturen in einem Stück aufgebaut werden. Eine Kombination mit spanenden Fertigungsverfahren wie Fräsen und Schleifen erlaubt eine direkte und effiziente Nachbearbeitung der Oberfläche der Bauteile. „Gerade die Kombination der unterschiedlichen Fertigungsverfahren auf einer Maschine macht das Verfahren einzigartig“, schwärmt Rabiey. Neu kann durch eine Ultraschallbewegung des Werkstücks die Kristallisation der Metallschmelze beeinflusst werden.

Ein umfassendes Angebot zur Charakterisierung von Polymerwerkstoffen stellte Prof. Samuel Affolter, Leiter Polymerchemie, vor. Sei es nun eine Konkurrenzanalyse, die Untersuchung des Alterungsverhaltens oder eine Schadensanalyse, das IWK hat das Expertenwissen und die entsprechenden Prüfmittel zur Verfügung.

Industrie 4.0 und die damit zusammenhängende „Smart Production“ verspricht grosse Potenziale. Doch was versteht man nun unter einer „Smarten Fabrik“? Diese Frage beantwortete Prof. Dr. Roman Hänggi, Leiter DigitalLab@HSR, in seinem Referat. „Grundsätzlich stehen zwei Themen im Fokus – Automatisierung und das Lernen aus Daten“, fasste Hänggi zusammen. Die Vernetzung der Maschinen wird das Lernen aus Daten stark beschleunigen. Verschiedenste Forschungsprojekte sind in diesem Umfeld bereits in Umsetzung.


Laborpräsentationen mit Fachvorträgen

Im zweiten Teil der Veranstaltung wurden in den Labors die neuesten Entwicklungen und Technologien der Fachbereiche Spritzgiessen/PUR, Compoundierung/Extrusion, Faserverbundtechnik/Leichtbau, Verbindungstechnik, Fertigungstechnik Metall und Mechanische Systeme vorgestellt. Zur Demonstration aktueller Projekte waren die verschiedenen Kunststoffverarbeitungsmaschinen live in Betrieb. In Form von Kurzvorträgen wurden ausgewählte Entwicklungen präsentiert.

3

Referent Prof. Samuel Affolter in seinem Reich im Prüflabor.


Der Fachbereich Spritzgiessen zeigte in den Laborpräsentationen und Fachvorträgen Ergebnisse aus den von Prof. Ehrig in seinem Vortrag genannten Projekten zu den Themen individuelles Design, innovative Werkzeug- und Prozesstechnik sowohl für Spritzgiessen als auch für die Polyurethantechnik. Darüber hinaus wurden die vielfältigen Kompetenzen bei der Bauteilentwicklung und Werkzeugtechnik anhand einiger Beispiele aus den unterschiedlichsten Anwendungsgebieten gezeigt, bei denen mechanische, thermische oder Barriereeigenschaften im Vordergrund standen. Im Bereich Additive Manufacturing wurden Ergebnisse aus dem KTI-Projekt zum Thema Kunststoffprototypen aus Serienmaterialien vorgestellt.

Im Fachbereich Compoundierung / Extrusion stand der grosse und aktuelle Themenbereich Recycling von Kunststoffen im Mittelpunkt. Es wurden auf verschiedenen Anlagen die Aufbereitung und die Verarbeitung von Rezyklaten gezeigt. Mit dem gleichläufigen Zweischneckenkneter wurden PET-Flakes aufbereitet, die Schmelze mit Hilfe eines Siebwechslers gereinigt und mit Unterstützung einer Zahnradpumpe auf der Unterwassergranulierung verarbeitet. Die Zahnradpumpe und der Siebwechsler sind neu am IWK und erweitern die Möglichkeiten der Aufbereitung. Mit den so hergestellten Granulaten wurden Filamente extrudiert und auf dem 3D-Drucker verarbeitet. Daneben wurde das Material auf einer Spritzgiessmaschine zu einem Demonstrator eines Uhrengehäuses gespritzt. Die Laborvorführungen wurden mit einem Vortrag zum Spannungsfeld des Recyclings in der Kunststoffindustrie abgerundet. Zudem wurde die Weiterentwicklung des Schokoladen 3D-Druckers im Labor gezeigt, so kann jetzt auch bei höheren Temperaturen ein sehr gutes Druckergebnis erzielt werden.

Im Fachbereich Faserverbundtechnik / Leichtbau war auch dieses Jahr eine grosse Bandbreite an unterschiedlichen Faser- und Matrixsystemen zu sehen. Besonders wichtig ist dabei der durchgängige Entwicklungszyklus, den das IWK vollumfänglich anbieten kann. Dank der umfangreichen Laborinfrastruktur kann auch das Tooling sowie die Prozessentwicklung und -optimierung in-house stattfinden. Nach der Produktion der Nullserie können Bauteiltests mittels der Prüfinfrastruktur und spezifisch angefertigter Prüfvorrichtungen durchgeführt werden.

4_IMG_20190905_174639

Anhand einer Vitrine mit vielfältigen Funktionen, wie Luftstrom regeln, Foto schiessen, Licht einstellen, zeigt das IWK das Potenzial der gedruckten Elektronik (Bildmitte Prof. Dr. Frank Ehrig)


Laborprüfungen von gefügten Probekörpern und Bauteilen, Identifikation von Materialparametern, analytische Berechnungen und Finite-Elemente-Simulationen sowie die Herstellung von Verbindungen gehören zu den Kernkompetenzen des Fachbereichs Verbindungstechnik. Insbesondere verfügt das IWK über reiche Erfahrung bei der Auslegung und Dimensionierung von verklebten Strukturen, sowie bei der Prüfung und der FE-Simulation von Klebefugen, vom Bereich der kleinen Verformungen bis zum kompletten Versagen. Neben dem Kleben von Bauteilen beschäftigt sich der Fachbereich mit verschiedenen Schweissverfahren, wie z.B. Ultraschallschweissen, Induktions- und Heizplattenschweissen. Hierbei steht der Einsatz von neuen Fügeverfahren sowie neuartigen Materialien im Vordergrund.

Der Fachbereich Fertigungstechnik Metall sieht den Technologietransfer für die industrielle Anwendung als einer seiner Hauptaufgaben. Das bedeutet, dass vom Nachweis der Funktionstüchtigkeit einer Technologie, über den Versuchsaufbau im Labor bis zum Prototypen im praktischen Einsatz technologische Unterstützung angeboten wird. Ausserdem ist das IWK spezialisiert auf die Additiven Fertigungsverfahren, einem völlig neuen Gebiet der Produktentwicklung und -instandhaltung. Reparaturen und Beschichtungen unterschiedlicher Werkstoffe und Bauteile können zum Beispiel mit dem Laser Metal Depostion (LMD) sowie Laserschweissen ausgeführt werden.

5_IMG_20190905_180137

Mit Kantonsrat René Bühler (Mitte) ist auch die Politik vertreten (Sasa Karalic, links, und Dr. Erwin Herzog).


Aus dem Fachbereich Mechanische Systeme von Prof. Dr. Markus Henne wurde die neueste Version des Unmanned Aerial Vehicle UAV „mobula“ vorgestellt. Das autonom agierende Flächenflugzeug ist in der Lage, sowohl längere Strecken abzufliegen, als auch Wendemanöver auf engstem Raum und geringen Geschwindigkeiten durchzuführen.


Schifffahrt am Abend
Die anschliessende Schifffahrt mit Apéro Riche lud zu weiteren Fachgesprächen ein.


www.iwk.hsr.ch


Weitere Impressionen aus dem Labor und auf dem Schiff

6_IMG_20190905_161040

Im Bereich Compoundierung /Extrusion stand das Thema Recycling von Kunststoffen im Mittelpunkt.


7_IMG_20190905_161231

Mit aus PET-Flakes hergestelltem Granulat werden Filamente für die Verarbeitung auf dem 3D-Drucker extrudiert.


8_IMG_20190905_161714

Alternativ wird das rPET auf einer Spritzgiessmaschine zu einem Demonstrator eines Uhrgehäuses verarbeitet.


9_IMG_20190905_161143_1

Dr Chloé Epinat, Autoneum, Prof. Dr. Daniel Schwendemann



IMG_20190905_155720


IMG_20190905_161938


IMG_20190905_163718


IMG_20190905_173750


IMG_20190905_180052


IMG_20190905_184059


IMG_20190905_184109


IMG_20190905_184123


IMG_20190905_192232


IMG_20190905_192248


IMG_20190905_192258


IMG_20190905_192311


IMG_20190905_192331

Zurück