Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Das UpFilt-Projekt (Az: 35597\/01-21\/2) hat die R\u00fcckf\u00fchrung von Verschnittresten aus dem ThermoformProzess in die Fertigung h\u00f6herwertiger Produkte zum Gegenstand \u0096 das sogenannte Upcycling. Das Gesamtprojektziel sieht den Einsatz von Produktionsabf\u00e4llen am selben Bauteil vor. Dies wird durch zwei wesentliche Projektbestandteile erreicht: Erstens die qualitativ hochwertige und reproduzierbare Wiederaufbereitung von Thermoformverschnitt beim verarbeitenden Unternehmen. Zweitens, die Entwicklung des 3D-Inline-Hinterdruckverfahrens mit Schwerpunkt auf die Prozessg\u00fcte. <\/p>\n
Angestrebt wird mit dem Verfahren vorrangig eine Reduktion des Abfalls, eine Reduktion des Gesamtenergiebedarfs und die Erh\u00f6hung der m\u00f6glichen Formgebungsvielfalt und Bauteilkomplexit\u00e4t, bei gleichzeitiger Homogenisierung des eingesetzten Materials. Insbesondere der letztgenannte Punkt hat langfristig positive Auswirkung durch die wesentliche Verbesserung der Rezyklierbarkeit am Ende des Produktlebenszyklus. Durch die h\u00f6here Formgebungsfreiheit wird das Thermoformen bei kleinen Losgr\u00f6\u00dfen dar\u00fcber hinaus zu einer Alternative f\u00fcr das Spritzgie\u00dfverfahren.
\nDas UpFilt-Projekt (Az: 35597\/01-21\/2) hat die R\u00fcckf\u00fchrung von Verschnittresten aus dem ThermoformProzess in die Fertigung h\u00f6herwertiger Produkte zum Gegenstand \u0096 das sogenannte Upcycling. Das Gesamtprojektziel sieht den Einsatz von Produktionsabf\u00e4llen am selben Bauteil vor. Dies wird durch zwei wesentliche Projektbestandteile erreicht: Erstens die qualitativ hochwertige und reproduzierbare Wiederaufbereitung von Thermoformverschnitt beim verarbeitenden Unternehmen. Zweitens, die Entwicklung des 3D-Inline-Hinterdruckverfahrens mit Schwerpunkt auf die Prozessg\u00fcte. <\/p>\n
Angestrebt wird mit dem Verfahren vorrangig eine Reduktion des Abfalls, eine Reduktion des Gesamtenergiebedarfs und die Erh\u00f6hung der m\u00f6glichen Formgebungsvielfalt und Bauteilkomplexit\u00e4t, bei gleichzeitiger Homogenisierung des eingesetzten Materials. Insbesondere der letztgenannte Punkt hat langfristig positive Auswirkung durch die wesentliche Verbesserung der Rezyklierbarkeit am Ende des Produktlebenszyklus. Durch die h\u00f6here Formgebungsfreiheit wird das Thermoformen bei kleinen Losgr\u00f6\u00dfen dar\u00fcber hinaus zu einer Alternative f\u00fcr das Spritzgie\u00dfverfahren. <\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDiese Ziele werden durch zwei wesentliche Entwicklungen erreicht. Zuerst wird ein zuverl\u00e4ssiges Verfahren zum Upcycling von Kunststoffabf\u00e4llen zu Kunststofffilament entwickelt, das sich f\u00fcr die Verwendung im Fused-Filament-Fabrication (FFF)-Verfahren eignet. Die Entwicklung des Materials umfasst dabei nicht nur die Methodik zur reproduzierbaren Wiederaufbereitung des Verschnittmaterials, sondern auch eine umfangreiche, rheologische und mechanische Charakterisierung der damit hergestellten Filamente. <\/p>\n
Den zweiten wesentlichen Baustein bildet das innovative 3D-Druckverfahren, welches es erm\u00f6glicht, Funktionselemente, wie Versteifungsrippen oder Schnappverbindungen direkt an die R\u00fcckseite des Bauteils anzudrucken, also das Bauteil zu hinterdrucken. F\u00fcr dieses Ziel wird das Verfahren des mehrachsigen FFF-3D-Drucks erweitert, so dass es m\u00f6glich wird, die weitgehend freif\u00f6rmig gekr\u00fcmmte R\u00fcckseite des Thermoformbauteils in hoher struktureller Qualit\u00e4t zu bedrucken. Dies ist nach aktuellem Stand der Technik oftmals nur durch aufw\u00e4ndige, manuelle Klebeprozesse m\u00f6glich, die zudem die Materialvielfalt im Bauteil erh\u00f6hen und damit die Rezyklierbarkeit beeintr\u00e4chtigen. Zur Verbesserung der Prozessg\u00fcte und -zuverl\u00e4ssigkeit werden hier neue Verfahren zur Regelung des D\u00fcsenabstands zum Bauteil und des Druckkopfverhaltens sowie ein Oberfl\u00e4chenaktivierungsverfahren entwickelt und in eine prototypische Demonstrationsanlage integriert. <\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Die Untersuchungen zeigen die Eignung eines Hinterdruckverfahrens bestehend aus einer Kombination von Thermoformen und additiver Fertigung als Alternative zum Spritzgie\u00dfen, insbesondere f\u00fcr gro\u00dfe Bauteile und Kleinserien. Das Upcycling von Randzuschnitten aus dem Thermoformprozess erm\u00f6glicht zudem einen geschlossenen Materialkreislauf, wodurch Abfall reduziert und die verwendeten Materialien homogenisiert werden. Bei schlagz\u00e4hen Kunststoffen wie ABS erweist sich die Tropfengr\u00f6\u00dfe der Elastomerphase als wichtiges Qualit\u00e4tsmerkmal im Upcycling-Prozess. <\/p>\n
Zur Bestimmung der Verdruckbarkeit der Filamente, der inter- und intralaminaren Festigkeiten innerhalb von additiv gefertigten Strukturen sowie der Haftfestigkeit von additiv gefertigten Strukturen auf den thermogeformten Substraten wurden im Vorhaben geeignete Verfahren beschrieben und getestet. Weiterhin wurden im Vorhaben Technologien im Bereich der Oberfl\u00e4chenaktivierung, der Abstandsregelung und des Kollisionsschutzes entwickelt, integriert und erprobt. Die entwickelte Methode zum Ausgleich von H\u00f6henschwankungen kann w\u00e4hrend des Druckprozesses auch erhebliche Positionierfehler ausgleichen. Die Untersuchungen zeigen die Notwendigkeit einer lokalen thermischen Aktivierung und einer aktiven Abstandsregelung f\u00fcr die Verfahrenskombination aus Thermoformen und additiver Fertigung auf. <\/p>\n
Die Erprobung an der geschaffenen Produktionszelle zeigt noch Einschr\u00e4nkungen bei der seriennahen Einsetzbarkeit des Prozesses. So ist die Streuung der erreichten Haftfestigkeit an der Roboteranlage insbesondere bei gekr\u00fcmmten Bahnen hoch. Einen wesentlichen Einfluss hierauf hat die Positionsabsolutgenauigkeit des Roboters, welche sich f\u00fcr die erforderliche Prozessstabilit\u00e4t als nicht ausreichend zeigt. In einem zuk\u00fcnftigen Projekt sollte daher neben einer Optimierung der erreichten Robotergenauigkeit auch der Einsatz alternativer Kinematiken gepr\u00fcft werden. Hierzu k\u00f6nnte der im Vorhaben entwickelte Endeffektor mit Druck- und Extrudertechnik fast unver\u00e4ndert weiterverwendet werden. <\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
2021-02-19 Schrift: Projektvorstellung auf ISW Webseite
\n2021-06-22 Schrift: Pressemitteilung IKT zum Projektstart
\n2021-09-06 Pr\u00e4sentation: Projektvorstellung bei \u0084ARENA2036 for You\u0093
\n2022-09-22 Pr\u00e4sentation: Projektvorstellung in ARENA2036 f\u00fcr eine d\u00e4nische Delegation
\n2022-10-19 Messeauftritt: Projektvorstellung auf der K-Messe 2022 anhand eines Demonstratoraufbaus
\n2022-10-28 Pr\u00e4sentation: Vorstellung Projektfortschritt bei ARENA2036 Projektstatustag
\n2023-03-02 Pr\u00e4sentation und Schrift: 28. Stuttgarter Kunststoffkolloquium mit wiss. Ver\u00f6ffentlichung
\n2023-06-07 Schrift: Projektvorstellung mit technischen Details in Fachzeitschrift \u0084Kunststoffe\u0093
\n2023-09-29 Pr\u00e4sentation: Vorstellung Projektfortschritt bei ARENA2036 Projektstatustag
\n2023-10-25 Pr\u00e4sentation und Schrift: Konferenz CIRP CMS 2023 mit wiss. Ver\u00f6ffentlichung 2024-06-20 Pr\u00e4sentation und Schrift: Konferenz VDI PIAE 2024 mit wiss. Ver\u00f6ffentlichung
\n2021-02-19 Schrift: Projektvorstellung auf ISW Webseite
\n2021-06-22 Schrift: Pressemitteilung IKT zum Projektstart
\n2021-09-06 Pr\u00e4sentation: Projektvorstellung bei \u0084ARENA2036 for You\u0093
\n2022-09-22 Pr\u00e4sentation: Projektvorstellung in ARENA2036 f\u00fcr eine d\u00e4nische Delegation
\n2022-10-19 Messeauftritt: Projektvorstellung auf der K-Messe 2022 anhand eines Demonstratoraufbaus
\n2022-10-28 Pr\u00e4sentation: Vorstellung Projektfortschritt bei ARENA2036 Projektstatustag
\n2023-03-02 Pr\u00e4sentation und Schrift: 28. Stuttgarter Kunststoffkolloquium mit wiss. Ver\u00f6ffentlichung
\n2023-06-07 Schrift: Projektvorstellung mit technischen Details in Fachzeitschrift \u0084Kunststoffe\u0093
\n2023-09-29 Pr\u00e4sentation: Vorstellung Projektfortschritt bei ARENA2036 Projektstatustag
\n2023-10-25 Pr\u00e4sentation und Schrift: Konferenz CIRP CMS 2023 mit wiss. Ver\u00f6ffentlichung 2024-06-20 Pr\u00e4sentation und Schrift: Konferenz VDI PIAE 2024 mit wiss. Ver\u00f6ffentlichung <\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Die Zielsetzung des Vorhabens wurde weitgehend erf\u00fcllt und verspricht eine gute Einsatzf\u00e4higkeit in der Praxis.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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