Das Freeform Injection Molding (FIM) ist eine innovative Technologie, entwickelt von dem dänischen Start-up Addifab, die die Vorteile des Spritzgussverfahrens mit der Designfreiheit des 3D-Drucks kombiniert. FIM ermöglicht die Herstellung von Prototypen in Fertigungsqualität mit verbesserten Materialeigenschaften und komplexen Geometrien. Die Technologie bietet erhebliche Zeiteinsparungen im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren und könnte die Zukunft der additiven Fertigung prägen. Allerdings ist das FIM-Verfahren möglicherweise weniger geeignet für Massenproduktion und erfordert eine zusätzliche Auflösungsphase im Produktionsprozess.
Inhalt:
Einführung in das Freeform Injection Molding (FIM)
Das in Dänemark ansässige Start-up-Unternehmen Addifab hat das Freeform Injection Modeling (FIM) entwickelt. Dabei handelt es sich um eine Freiform Spritzgusstechnologie. Bei diesem Verfahren wird die Iteration von Werkzeugen mit nicht sichtbaren Details und sehr geringen Toleranzen beschleunigt. Das Freiform-Spritzgießen ermöglicht eine optimale Designfreiheit, wobei die Stärken des Spritzgussverfahrens behalten werden. Der 3D-Drucker arbeitet mit der Digital Light Processing (DLP) UV-Härtung und ermöglicht eine Auflösung von bis zu 10 µm, die allgemeinen Toleranzen auf dem spritzgegossenen Teil liegen zwischen 10 und 50 µm. In die Bauteile können mit diesem Verfahren Löcher von bis zu 300 µm Durchmesser eingebracht werden.
Lösliche Spritzgießwerkzeuge und Materialkompatibilität
Ein wesentliches Element des Freeform Injection Modelings sind die löslichen Spritzgießwerkzeuge. Sie können auf jeder Spritzgießmaschine zum Einsatz kommen, halten einem Einspritzdruck von bis zu 2500 bar und einer maximalen Schmelztemperatur von 450 Grad Celsius stand. Sie sind mit vielen Spritzgießmaterialen kompatibel, so unter anderem mit Verbundwerkstoffen, Thermoplasten, thermoplastischen Elastomeren (TPE), Silikonen (LSR), Metallen (MIM) und Keramiken (CIM). Die Schussgrößen können hier zwischen 0,1 bis 100 g liegen.
Entformungsprozess beim FIM-Verfahren
Während beim konventionellen Entformen das Bauteil aus dem Spritzgießwerkzeug ausgeworfen wird, löst sich beim FIM-Verfahren das Spritzgießwerkzeug auf und gibt das gegossene Teil frei. Dazu wird das Spritzgießwerkzeug für 12 bis 48 Stunden in eine Alkali-Wasser-Lösung getaucht.
Prototypenherstellung und Materialeigenschaften
Für die Herstellung eines Prototypens kann beim Freeform Injection Modeling das gleiche Material gewählt werden, das auch in der Fertigung genutzt wird. Hier erhält man dann Prototypen in Fertigungsqualität und mit den gleichen Materialeigenschaften. Diese Prototypen können beispielsweise für Tests und Qualifizierungen genutzt werden können.
Erhebliche Zeiteinsparung durch FIM
Die herkömmliche Fertigung von Pilotwerkzeugen kann teilweise Wochen oder gar Monate in Anspruch nehmen, Änderungen sind ebenfalls sehr zeitaufwändig. Mit dem FIM ist die gleichzeitige Durchführung mehrerer Iterationen, sprich Wiederholungen, möglich. Oft braucht es jetzt nur noch einen einzigen Tag von der CAD-Datei zum geformten Teil. Denn das FIM arbeitet Angaben von Addifab zufolge 88 Prozent schneller als herkömmliches Spritzgussprototyping. In der gleichen Zeit lässt sich also fast das Fünffache testen.
Realisierung komplexer Geometrien
Gleichzeitig lassen sich bisher nicht realisierbare Geometrien spritzgießen, welche auch die geringe Größe von weißen Blutkörperchen haben können. Durch die löslichen 3D-gedruckten Formen sind keine Entwürfe, Split-Lines, Schieber, kollabierbare Kerne mehr notwendig. FIM ermöglicht hochdetaillierte Geometrien, die mit unterschiedlichsten Softwareprogrammen, beispielsweise SolidWorks und AutoCAD, entworfen werden können. Die Bauteile können eine Größe von 1 bis 100 mm in jede Richtung aufweisen, das Gewicht kann zwischen 0,1 und 100 g liegen.
Vergleich mit anderen Verfahren
Im Vergleich zu herkömmlichen Spritzgussverfahren oder 3D-Druckverfahren wie Fused Deposition Modeling (FDM) und Stereolithografie (SLA) bietet das FIM-Verfahren eine höhere Designfreiheit, verbesserte Materialeigenschaften und kürzere Produktionszeiten. Allerdings ist das FIM-Verfahren aufgrund der Verwendung von löslichen Werkzeugen und der zusätzlichen Auflösungsphase im Produktionsprozess möglicherweise weniger geeignet für Massenproduktionen.
Vor- und Nachteile des FIM-Verfahrens
| Nachteile | |
|---|---|
| Höhere Designfreiheit | Möglicherweise weniger geeignet für Massenproduktion |
| Schnellere Produktionszeiten | Zusätzliche Auflösungsphase im Produktionsprozess |
| Verbesserte Materialeigenschaften | |
| Realisierung komplexer Geometrien | |
| Prototypen in Fertigungsqualität |
Ausblick auf die Zukunft des FIM-Verfahrens
Das FIM-Verfahren ist eine vielversprechende Technologie, die das Potenzial hat, die Art und Weise, wie Prototypen und Kleinserien hergestellt werden, zu revolutionieren. In der Zukunft könnten weitere Verbesserungen des Verfahrens, wie eine schnellere Auflösung der löslichen Werkzeuge oder die Entwicklung neuer Materialien, das FIM-Verfahren noch leistungsfähiger machen. Zudem könnten neuere Verfahren wie das 4D-Drucken, das Drucken von Objekten mit zeitabhängigen Materialeigenschaften, das FIM-Verfahren ergänzen oder sogar ablösen, je nach Anwendungsbereich und Anforderungen. Es bleibt abzuwarten, wie sich die Technologie weiterentwickelt und welche Rolle das FIM-Verfahren in der additiven Fertigung einnehmen wird.