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Die Fachzeitschrift für Werkstoffe –
Verarbeitung – Anwendung

Das Rapperswiler Kunststoffforum gewinnt weiter an Glanz

(11.09.2017) Bereits zum 12. Mal fand am IWK Institut für Werkstofftechnik und Kunststoffverarbeitung der HSR am 7. September 2017 das RaKuFo statt und war mit 170 Teilnehmenden sehr erfolgreich.


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Redner aus der Industrie und der akademischen Fachwelt zeigten die fachliche Breite des Instituts auf. Neben den eindrücklichen Laborpräsentationen wurde die erfolgreiche Zusammenarbeit mit der Industrie dokumentiert.


„Die HSR Hochschule für Technik Rapperswil besitzt seit Jahren eine ausgewiesene Kompetenz in den Bereichen der integralen Produktentwicklung und Produktionstechnologie. Anerkannt und mit hoher nationaler Relevanz ist hierbei die enge Zusammenarbeit mit der Industrie“, betonte Prof. Alex Simeon, Prorektor für angewandte Forschung&Entwicklung, in seiner Begrüssungsrede. Mit der Gründung des IWK im Jahre 2005 hat die HSR den Bereich Kunststofftechnik massiv ausgebaut. In verschiedenen Laboren steht ein mittlerweile schweizweit einzigartiger Maschinenpark zur Verfügung. In den letzten Jahren neu dazugekommen ist das Thema Additive Manufacturing und Internet of Things. Simeon verriet wohin die Entwicklung führt: „Der nächste Schritt ist das Zusammenführen all dieser produktionsnahen Anlagen und Technologien in ein voll funktionsfähiges und sowohl für Lehre, angewandte Forschung&Entwicklung, Weiterbildung und Dienstleistung genutztes Produktionszentrum im Sinne von Industrie 4.0.“


Prof. Dr. Frank Ehrig, Institutsleiter und Leiter Fachbereich Spritzgiessen / PUR, präsentierte einen Überblick über die vielfältigen Forschungsschwerpunkte in seinem Fachbereich. Ein wichtiger Fokus ist der Trend zu individuellem Design und mehr Funktionalität, ein Thema, welches über Jahre am IWK kontinuierlich bearbeitet wird. In diesem Jahr wurde die Herstellung dekorativer Bauteile in einem One-Shot-Prozess vorgestellt. Ein weiterer Schwerpunkt bildete die Werkzeugtechnik. Das Thema Variothermtemperierung wurde im vergangenen Jahr gleich in drei Projekten bearbeitet: Temperiergeräteentwicklung, Polyamidverarbeitung und Analyse von Einsätzen, welche durch selektives Laserschmelzen SLM gefertigt wurden. Aufgrund der Nachfrage aus der Industrie wurde ein Werkzeug zur Messung der Entformungskräfte entwickelt, mit dem nun z.B. der Einfluss von Werkzeugoberflächen, Entformungsschrägen sowie Kunststoffmaterialien untersucht werden kann. Seit einigen Jahren beschäftigt sich das IWK mit der Veredelung von Kunststoffbauteilen mit Polyurethan. Neben diesen dekorativen Anwendungen werden im Rahmen eines EU-Projektes Grundlagen geschaffen, um PUR als Matrixmaterial bei Compositebauteilen einzusetzen.


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Eine moderne Spritzgiessproduktion, welche Steuerungstechnisch vernetzt und verfahrenstechnisch flexibel agiert, präsentierte Ing. Mag. Georg Tinschert, Geschäftsführer, Wittmann Battenfeld GmbH in seinem informativen Vortrag. Wichtige Voraussetzung für «Smarte Produktionszellen» ist die Fähigkeit eines Produktionssystems durch selbstoptimierende bzw. selbstkorrigierende Regelungssysteme robuste Produktionsbedingungen zu schaffen, um störende Einflüsse von aussen zu kompensieren. “Für die intelligente Nutzung von Produktionssystemen eine Datendurchgängigkeit im gesamten Produktionssystem erforderlich“, hielt Tinschert fest und führte weiter aus „Nur so ist eine dynamische Planbarkeit, Flexibilität, sowie eine Qualitätssicherung und -dokumentation auf Basis von verfügbaren Massendaten möglich“.









Gleich im Anschluss vertiefte Prof. Dr. Roman Hänggi, Leiter DigitalLab@HSR / Professor für Produktionsmanagement, in seinem Vortrag ebenfalls das Thema der Digitalisierung in der Industrie. „Es ist heute unbestritten, dass Industrie 4.0 grosse Potenziale aufweist“ ist Hänggi überzeugt. Er zeigte eindrücklich auf, dass mit der Digitalisierung substantielle Kostensynergien erzielt und neue Business Modelle realisiert werden können. Im Vortrag wurden erste Erfahrungen und Vorgehensweisen bei der Umsetzung von Industrie 4.0 Projekten mit KMU aufgezeigt. Die Herausforderungen sind dabei meistens, die Kundenbedürfnisse genau zu treffen, die Kosten im Griff zu behalten sowie die geeignete Technologie zu finden.


Sehr anschaulich präsentierte Prof. Dr. Pierre Jousset, Fachbereichsleiter Verbindungstechnik, Technologien zur Auslegung und Prüfung von Multimaterialbauteilen. Leichtbau mit Multimaterialbauweise bedingt eine geeignete Verbindungstechnologie, wie z.B. die Klebtechnik, um die strukturelle Integrität der Gesamtstruktur zu gewährleisten. Für eine erfolgreiche Dimensionierung der Klebeverbindung gilt es aber Einflussgrössen, wie den Spannungszustand, die Belastungsdauer, die dynamischen Einflüsse sowie allfällige Umwelteinflüsse zu berücksichtigen. Exemplarisch zeigte Jousset Beispiele von Auslegungs- und Prüfmethoden verklebter Strukturen unter Berücksichtigung von Ermüdung, Kriechen und dem Einfluss von Medien.


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Über das Potenzial der Kombination von Additive Manufacturing mit den klassischen Fertigungsmethoden berichtete Prof. Dr. Mohammad Rabiey, Leiter Fachbereich Fertigungstechnik Metall. Um die Vorteile der additiven Fertigung mit spanender Bearbeitung zu verbinden und ein fertiges Produkt in einem Zug herzustellen, kombinieren verschiedene Werkzeugmaschinenhersteller die beiden Prozesse auf einem System. Damit ergänzt und erweitert die additive Technik die traditionellen Fertigungsmethoden. Die Kombination beider Verfahren bietet sich beispielsweise an für Instandsetzungsarbeiten an verschlissenen Teilen, für die Reparatur von beschädigten Teilen, Beschichtung der Oberfläche von Komponenten, Verbindung verschiedene Metallteile oder die Herstellung komplexer Werkzeuge und Formen z.B. für die Kunststoffindustrie.










Dr. Matthias Baldinger, Mitgründer, Industry+, präsentierte das Konzept der Innovationsfelder der Swiss Plastics Platform. Basierend auf einer umfassenden Studie aus Deutschland wurden verschiedene Schweizer Forschungsinstitute rund um das Themenfeld Kunststoff befragt, um Bereiche zu identifizieren, welche am meisten Potenzial für Innovationen haben. Über die Plattform finden Firmen über diese Innovationsfelder mit den richtigen Lösungsanbietern zusammen – ein erster Schritt in Richtung Innovation.


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.


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Der Fachbereich Spritzguss 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 das Polyurethantechnik. Darüber hinaus wurden die vielfältigen Kompetenzen bei der Bauteilentwicklung und Werkzeugtechnik anhand einiger Beispiele aus den unterschiedlichsten Anwendungsgebieten gezeigt, bei denen mechanische, thermische, hydraulische oder Barriereeigenschaften im Vordergrund standen. Im neu geschaffenen Bereich Additive Manufacturing wurden erste Ergebnisse aus dem KTI-Projekt zum Thema Kunststoffprototypen aus Serienmaterialien vorgestellt.


Im Fachbereich Compoundierung / Extrusion standen in diesem Jahr vier Themen im Vordergrund: Die Entwicklung von lackierbaren Mehrschichtfolien für das Folienhinterspritzen, die numerische Auslegung von Extrusionswerkzeugen, Ergebnisse und Möglichkeiten der Reibungsmessung und -simulation, sowie neue Materialentwicklungen für die Additive Fertigung.


Bei Kunststoffbauteilen treten häufig Schwierigkeiten bei der Lackierung auf. Eine interessante Alternative ist deshalb das Hinterspritzen von Folien, welche vorgängig lackiert werden. Auf der 5-Schichtblasfolienanlage wurde die Herstellung dieser Mehrschichtfolien gezeigt. Das IWK beschäftigt sich seit einigen Jahren mit der Simulation von Extrusionsprozessen. Für die Profilextrusion wurden Ergebnisse der numerischen Düsenauslegung in der praktischen Umsetzung vorgestellt. Das Themenfeld der Reibungssimulation und -messung ist für die Industrie von sehr grosser Bedeutung, allerdings gibt es häufig zwischen den Grundlagenbetrachtungen und den praktischen Erfahrungen nur wenige Messdaten. Anhand von Praxisbeispielen wurden Möglichkeiten zur Bewertung und Messung von Reibungszuständen aufgezeigt. Im Bereich der Additiven Fertigung wurde ein wasserlösliches Stützmaterial für den Arburg Freeformer präsentiert, welches live auf dem Compounder hergestellt und direkt im Freeformer weiter verarbeitet wurde.


Der Fachbereich Leichtbau / Faserverbundtechnik zeigt zahlreiche Projekte, welche sowohl duromere wie auch thermoplastische Composites umfassen. Im EUREKA-Projekt PRISCA (Polyurethane Reaction Injection for Structural Composite Applications) wurde der Resin Transfer Molding (RTM) Prozess mit Polyurethan untersucht. Ziel war die Herstellung von monolithischen Strukturen und Sandwichbauteilen, welche die Vorteile des Matrixmaterials optimal ausnutzen: Gute mechanische Eigenschaften, sehr gute Abrasionsbeständigkeit, niedrige Viskosität bei der Verarbeitung und eine kosteneffiziente Produktion. Neben einer Sandwich-Sitzschale für Bus- und Bahnanwendungen wurde auch ein Nose Cone für Flugzeugtriebwerke hergestellt, wobei die Herstellungszeit um 75% kürzer ausfällt als beim aktuell eingesetzten Verfahren. Auch durch die Kombination von Endlosfaserverstärkung in Form von Tapes und dem Spritzgiessprozess lässt sich die Effizienz steigern: Ein weiterer Schwerpunkt bildet deshalb die Entwicklung solcher noch wenig verbreiteter Bauteile, die sehr gute mechanische Eigenschaften mit kürzesten Zykluszeiten bieten.


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Der Fachbereich Verbindungstechnik ist für alle Bereiche der Industrie von Bedeutung: Von winzigen Mikrostrukturen in elektrotechnischen Bereichen bis zum riesigen Strukturen in der Luftfahrt oder Windenergie. Die Gruppe Verbindungstechnik beschäftigt sich mit der Dimensionierung, Optimierung und Herstellung von Werkstoffkombinationen und deren Fügeverfahren in Forschung und Entwicklung. Für diese Tätigkeiten stehen die moderne Laborinfrastruktur und Berechnungskapazität des IWK zur Verfügung. Laborprüfungen von gefügten Probekörpern und Bauteilen, Identifikation von Materialparametern, analytische Berechnungen und Finite-Element Simulationen, sowie die Herstellung von Verbindungen gehören zu den Kernkompetenzen der Abteilung. Seit Anfang 2016 wurde den Bereich Ultraschall-Schweissen erweitert. Der Einsatz von neuen Fügeverfahren mit neuartigen Materialien steht dabei im Vordergrund.


Ende 2016 neu dazugekommen ist der Fachbereich Fertigungstechnik Metall, welcher von Prof. Dr. Mohammad Rabiey geleitet wird. Im neuen Fachbereich werden die zukunftsorientierten Technologien der Metallbearbeitung für ihre entsprechende Applikation entwickelt. Der Fokus liegt insbesondere auf generativen Verfahren, z.B. LMD (Laser Metal Deposition) oder SLM (Selektive Laser Melting), EBM (Elektron Beam Melting) sowie abtragenden Verfahren wie EDM (electro discharge machining bzw. funkenerosives Abtragen), Laserbearbeitung und Strukturierung sowie konventionellen Verfahren wie Schleifen, Fräsen oder Drehen und Wärmebehandlungen. Vor allem die Kombination der verschiedenen Prozesse ist zentral für die Entwicklung. Die Hauptziele sind nicht nur, die für die Metallverarbeitung spezifischen und technischen Probleme zu lösen, sondern auch durch die Betrachtung der gesamten Prozesskette eine wirtschaftliche Lösung zu entwickeln.


Aus dem Fachbereich Mechanische Systeme von Prof. Dr. Markus Henne wurde ein Konzept für eine innovative Wegebahn vorgestellt. Das neue System zeichnet sich bezüglich bestehenden Kompositionen durch das stilvolle Design, einen dezentralen Antrieb für maximale Traktion in anspruchsvollem Gelände, ein neuartiges Lenkkonzept für optimale Spurtreue sowie erhöhtem Komfort aus.


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


www.hsr.ch




Impressionen anlässlich der Besichtigung im Forschungscampus Eichwies und an der HSR

Bilder: M. Flury

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Die Schifffahrt rundete den Event ab:


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2017-09-07-17.35.22   2017-09-07-17.35.50


2017-09-07-17.35.58   2017-09-07-17.36.03


2017-09-07-17.36.11   2017-09-07-17.36.55


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