PRÄSENTATION HSR UND IWK · KTI-Projekt . 17 . Projektbeispiele Spritzgiessen (3) Smart Plastics...
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PRÄSENTATION HSR UND IWK
Prof. Dr.-Ing. Frank Ehrig Institutsleiter / Fachbereich Spritzgiessen & PUR Rapperswil, 19. März 2013
Abteilung Maschinentechnik | Innovation
Inhaltsverzeichnis
HSR Aus- und Weiterbildung angewandte F&E
Institut IWK Fachbereich Spritzgiessen & PUR Fachbereich Faserverbundtechnik & Leichtbau Fachbereich Compoundierung & Extrusion Dienstleistungen
Möglichkeiten der Zusammenarbeit
2
HSR Aus- und Weiterbildung
7 Bachelor-Studiengänge
1 Master-Studiengang
1371 Studierende
(Stand 2011)
Elektrotechnik 185
Erneuerbare Energien und Umwelttechnik
186
Informatik 268 Maschinentechnik |
Innovation 263
Bauingenieurwesen 122
Landschaftsarchitektur 171
Raumplanung 102
Master of Science in Engineering
68
6
Bachelorstudium Maschinentechnik | Innovation
7
1. Sem. 2. Sem. 3. Sem. 4. Sem. 5. Sem. 6. Sem.
HS 2010 HS 2011 HS 2012
Juni 2012: Zweitägige Exkursion mit kunststoffinteressierten Studenten
1. bis 4. Semester: Grundlagen Maschinenbau Produktentwicklung u. Innovation Fertigungsverfahren Werkstoffkunde Festigkeitslehre Naturwissenschaften
FS 2012 Sept. 2013
Vertiefung Kunststofftechnik (12 SWS)
Kunststoffverarbeitung 1 für alle Studenten (4 SWS)
Inhaltsverzeichnis
HSR Aus- und Weiterbildung angewandte F&E
Institut IWK Fachbereich Spritzgiessen & PUR Fachbereich Faserverbundtechnik & Leichtbau Fachbereich Compoundierung & Extrusion Dienstleistungen
Möglichkeiten der Zusammenarbeit
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IWK-Leitung
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Prof. Dr.-Ing. Frank Ehrig Institutsleiter Fachbereich Spritzgiessen & PUR
Prof. Dr. sc. techn. Markus Henne stv. Institutsleiter Fachbereich Faserverbundtechnik & Leichtbau
Prof. Daniel Schwendemann Institutspartner Fachbereich Compoundierung & Extrusion
IWK Portrait
Zahlen zum IWK Gründung 2005 20 Mitarbeiter (Absolventen, Industriefachleute)
Aufgaben des IWK Ausbildung: Bachelor Maschinentechnik|Innovation; Bachelor Energie- und
Umwelttechnik, Master of Science in Engineering Forschung & Entwicklung entlang der gesamten Wertschöpfungskette Dienstleistung in Form von Prüfungen und Tests sowie Simulationen
Kernkompetenzen des IWK Spritzgiessen; Faserverbundtechnik und Leichtbau; Compoundierung und
Extrusion, PUR-Verarbeitung Produktentwicklung, Werkstoffmechanik, Werkzeug- und Prozesstechnik
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IWK Leistungen
Fachbereiche Übergreifende Leistungen
Spritzgiessen & PUR Prof. Frank Ehrig
Faserverbundtechnik & Leichtbau Prof. Markus Henne
Compoundierung & Extrusion Prof. Daniel Schwendemann
Dienstleistungen & Beratung
Aus- und Weiterbildung
Kompetenzen: • Produktentwicklung • Bauteilauslegung • Strukturanalyse • Simulation • Werkzeugtechnik • Prozesstechnik • Werkzeugmuster-
ung
Kompetenzen: • Produktentwicklung • Bauteilauslegung • Strukturanalyse • Simulation • Verbindungstechnik • Werkzeugtechnik • Prozesstechnik
Kompetenzen: • Materialentwicklung
und - modifizierung • Compoundierung • Produktentwicklung • Werkzeugauslegung • Werkzeugtechnik • Prozesstechnik
Leistungen: • Werkstoffprüfung • Werkstoff-
charakterisierung • Stoffdaten-
Ermittlung • Bauteilprüfung • Schadensanalyse • Beratung
Bachelor / Master: • Bachelor
Maschinentechnik | Innovation
• Bachelor Erneuerbare Energien und Umwelttechnik
• Master of Science in Engineering
Forschungsgebiete: • Folienhinterspritzen • Phys. Schäumen • PUR-Überflutung • Integration von
Elektronik • Funktionsintegration • Prozesssimulation • Werkstoffmechanik
Forschungsgebiete: • Leichtbau • Mischbauweise • Sandwichbauweise • RTM-Prozess • Organoblech-
Spritzguss • Sensortechnologie • Prozesssimulation
Forschungsgebiete: • Materialentwicklung • Biopolymere /
Biowerkstoffe • Mehrschicht-
Blasfolienextrusion • Recycling
Weiterbildung: • Fachseminare • Kurse • Rapperswiler
Kunststoff-Forum
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Materialentwicklung Produkt-entwicklung
Werkzeug- und Prozesstechnik
Prototypen / Nullserien Bauteilprüfung Recycling
Fachbereich Spritzgiessen & PUR
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• Rheologische und mechanische Kennwertermittlung
• Verarbeitung modifizierter Werkstoffe
• Verarbeitung von Biopolymeren • …
• Pflichtenhefterstellung • Konzeptentwicklung • Materialauswahl/-substitution • Rheologisch-thermische
Auslegung mit CADMOULD u. Moldex 3D
• Festigkeitsberechnung mit Marc-Mentat und Ansys
• …
• Werkzeugbemusterung • Seriennahe Umsetzung neuer
Technologien
• Werkstofftrennung • Werkstoffrückführung • Entsorgung • …
• Variothermtemperierung, • dynamische Temperierung, • CO2-Kühlung, • Integriertes Stanzen • Integriertes Vorformen • Metall- und Kunststofffolien-
hinterspritzen • Physikalisches Schäumen • Integration von Elektronik
• Schadens- und Gefügeanalysen • Mechanische Prüfungen, • Optische Prüfungen • Klimawechseltest, • Salzsprühnebeltest
Infrastruktur Spritzgiessen & PUR
Spritzgiessmaschinen Arburg 2K 200t KrausMaffei 100t Engel 80t Battenfeld 60t Arburg vertikal 20t
Sonderverfahren OPTIFOAM-System für TSG Hochdruck-PUR-Anlage
Peripherie Div. Werkzeuge
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Projektbeispiele Spritzgiessen (1)
Hinterspritzen von Metallfolien
Zielsetzung
Haftvermittlung Metall und Kunststoffe
Bestimmung der maximalen Umformgrade der Metallfolie
Werkzeugtechnik Umformen und Spritzgiessen
Partner
Diverse
Finanzierung Direktfinanzierte Projekte KTI-Projekt
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Projektbeispiele Spritzgiessen (2)
Solarbag - High Tech und Mode
Zielsetzung
Entwicklung einer funktionalen, wie modischen Tasche
Kombination von Stickerei mit miniaturisierten Solarzellen
Aufladung eines Handys und die Innenbeleuchtung der Tasche
Kapselung der Solarzellen
Partner
Forster Rohner AG, St. Gallen IES und MNT, NTB Buchs
Finanzierung KTI-Projekt
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Projektbeispiele Spritzgiessen (3)
Smart Plastics – Integration von Elektronik in Kunststoffbauteile
Zielsetzung
Steigerung der Funktionalität der Kunststoffbauteile
Integration von Beleuchtung, RFID, Schalter, etc.
Hohe Gestaltungsfreiheit, robustes und schlankes Design, wasserdicht, kostengünstig
Reduzierung von Nachfolgeprozesse
Partner
ICOM, HSR
Finanzierung: Industrieprojekte
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Projektbeispiele Spritzgiessen (4)
Individualisierung durch digitale 3D-Drucktechnik
Zielsetzung
Verbesserte Teilepräzision für verbesserte Puzzlebarkeit
Zuverlässige und schnelle Bildverarbeitung
Digitale Drucktechnik auf gewölbten Oberflächen
Partner
Ravensburger Spieleverlag
Finanzierung Firmenprojekt
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Projektbeispiele Spritzgiessen (5)
PUR-Überfluten für anspruchsvolle Oberflächen
Zielsetzung
Geschlossene Oberfläche ohne Freiräume
Taktile Tasten trotz geschlossener Oberfläche mit Feedbackfunktion
Hohe Designfreiheit (Buchstaben, Linien, Matt/glänzend, Beleuchtung,…)
Ebenes oder 3D-Kontur
Partner
Abatek International AG, Isotherm AG
Finanzierung KTI-Projekt
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Prozessablauf:
Projektbeispiele Spritzgiessen (7)
Qualitätsoptimierung durch lokale Wanddickenänderungen
Zielsetzung
Minimierung von Verzug und Zykluszeit durch optimale Wanddickenverteilung
Entwicklung eines Optimierungsalgorithmus zur vollautomatischen Wanddickenanpassung
Partner
Doktorarbeit M. Studer
Finanzierung Intern, KTI-Gesuch in Vorbereitung
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Materialentwicklung Produkt-entwicklung
Werkzeug- und Prozesstechnik
Prototypen / Nullserien Bauteilprüfung Recycling
Fachbereich Faserverbundtechnik & Leichtbau
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• Verarbeitung von hochreaktiven Injektionsharzen (Epoxide, PU ,etc.)
• Schlagzähigkeits-modifizierte Composites
• Pflichtenheft / Konzepte • Materialauswahl / -substitution • Multimateriallösungen inkl.
Verbindungstechnik • Integration von Form- und
Funktionselementen • Festigkeitsberechnung mit
Marc-Mentat und Ansys ACP • Gestaltungsrichtlinien
• Werkzeugbemusterung • Seriennahe Umsetzung neuer
Technologien • Resin Transfer Moulding RTM • RTM Metallkerntechnologie für
Hohlbauteile • Prepreg-Autoklavtechnik • Fliesspressen SMC, BMC, GMT
• Werkstofftrennung • Werkstoffrückführung • Entsorgung
• Reduktion der Zykluszeit (insbes. RTM)
• Selbstreinigender 2K-Injektionskopf
• Membranventile für die Mehrpunktinjektion
• Prozesssimulation mit myRTM und SLIP
• Mechanische Prüfungen • Klimawechseltest • Korrosionstests
Resin Transfer Moulding RTM
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Harz Härter
Moulding
Injektion
Vernetzen / Aushärten
Oberwerkzeug
Unterwerkzeug
Nachbearbeiten Schleifen / Polieren Lackieren
Entformen
Tempern
Aufheizen
Zuschneiden Faser- Halbzeug
Lagen
Auflegen
Abfall
Zusammenstellung
Preformen
Besäumen
Oberwerkzeug
Unterwerkzeug Niederhalter
Trockene Preforms
Infrastruktur Faserverbundtechnik
Resin Transfer Moulding CNC Schneidtisch für Gewebe
und Gelege Industrie-Nähmaschine Membranformpresse mit
Heizschublade Prüfpresse 200to geregelt mit
Heizplatten (Auch geeignet für Fliesspressprozesse, z.B. SMC, BMC oder GMT)
1K / 2K Injektionsanlage
RTM Peripherie Permeabilitätsmessgerät Viskosimeter / Rheologie
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Infrastruktur Faserverbundtechnik
Prepreg-Autoklav Verfahren Gefrierschrank für Prepregs Maroso Autoklav (Tmax=250°C,
Dimension: 1’000 x 2’000mm)
Schlagzähigkeitsprüfung Fallturm für Compression After
Impact (CAI) Experimente
Peripherie Handpresse Laminierplatte Diverse Temperiergeräte
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Projektbeispiele Faserverbundtechnik (1)
RTM Simulation Porsche
Zielsetzung
Ermittlung der optimalen Injektionsstrategie
Überprüfung der Robustheit der Prozessführung
Abschätzen der Injektionszeit
Partner
3A Composites, Altenrhein Porsche AG
Finanzierung Direktfinanziert Volumen: 5 – 10 kCHF
28
top
botto
m
Projektbeispiele Faserverbundtechnik (5)
Schlagzähe Faserverbundwerkstoffe
Zielsetzung
Steigerung der Schlagzähigkeit von Faserverbund-werkstoffen durch thermoplastische Additive
Ermittlung der Schadensfläche (Delaminationen) und der Restdruckfestigkeit CAI
Umsetzung an einem Demonstrator (Paneel)
Partner
EMS Chemie AG Eurocopter Deutschland Bombardier Aerospace, Irland
Finanzierung KTI-Projekt Volumen: 1’300 kCHF
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Projektbeispiele Faserverbundtechnik (6)
Metallersatz Luftleitblech
Zielsetzung
Strukturoptimierung mit numerischen und experimentellen Methoden
Entwicklung der Fertigungstechnik inkl. Werkzeugauslegung
Fertigung von Prototypenbauteilen Mechanische Prüfung (Spinning Test)
Partner
Rolls-Royce plc., Derby (UK) FACC, Österreich
Finanzierung EU FP7 Volumen: 950 k€
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Projektbeispiele Faserverbundtechnik (8)
Metallersatz Automobil
Zielsetzung
Gewichtsreduktion von metallischen Bauteilen durch Faserverbund-Kunststoffe
Anwendung der Organoblech-Spritzgusstechnologie
Prozess- und Werkzeugentwicklung für grosse Stückzahlen (> 100’000 Stk./a)
Partner
NA
Finanzierung KTI Projekt Volumen: 870 kCHF
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Symbolbilder
Projektbeispiele Faserverbundtechnik (9)
Verstärkung von Spritzgiessbauteilen mit CF-Bändern
Zielsetzung
Verstärkung von hochbelasteten Spritzgussbauteilen mit unidirektionalen GF / CF Bändchen
Entwicklung einer geeigneten Preformtechnologie für die Konfektionierung der Bändchen, sowie deren Positionierung im Spritzgusswerkzeug
Umsetzung und mechanische Prüfung am Beispiel von mehreren Demonstratorbauteilen
Partner
EMS Chemie AG
Finanzierung KTI Projekt Volumen: 660 kCHF
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Materialentwicklung Produkt-entwicklung
Werkzeug- und Prozesstechnik
Prototypen / Nullserien Bauteilprüfung Recycling
Fachbereich Compoundierung & Extrusion
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• Rezeptur-Entwicklung • Modifizierung von Kunststoffen
mit Additiven, Füllstoffen etc. • Compoundierung • Granulierung und Verpackung • Ermittlung der Rheologische
Kennwerte
• Konzeptentwicklung und Auslegung von Extrusionsbauteilen
• Materialauswahl • Entwicklung des
Fertigungsprozesses • Auslegung und Konstruktion
von Extrusionswerkzeugen
• Werkzeugbemusterung • Prozessoptimierung • Extrusion von Musterprofilen für
die Material- und Bauteilprüfung • Extrusion von Mustermengen
für die Weiterverarbeitung, z.B. Profile, Folien, etc.
• Wiederaufbereitung von Recycling-Werkstoffen
• Wiederverwertung von Kunststoffabfällen aus der Produktion (z.B. Angüsse beim Spritzgiessen, Ausschuss-bauteile)
• Einsatz von Recyclingmaterial als Füllstoff
• Compoundierung • Profil-Extrusion • Rohr-Extrusion • 5-Schicht Blasfolien-Extrusion • Schweissen von Kunststoffen
• Ermittlung der mechanischen Kennwerte, wie E-Modul, Kerbschlagzähigkeit, Shore-Härte etc.
• Thermische Prüfungen • Optische Prüfungen • Qualitätskontrolle
Infrastruktur Compoundierung & Extrusion
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Compounder Coperion ZSK26 Gleichläufige Doppelschnecke (ᴓ26mm) Verfahrenslänge 44L/D Modularer, flexibler Verfahrensteilaufbau und Schneckenkonfiguration Seitenbeschickung und Seitenentgasung Gravimetrische Dosierung und volumetrische Flüssigkeitsdosierung
Infrastruktur Compoundierung & Extrusion
Extruder Brabender Plasticcorder 2000 Einschnecke und gegenläufige
Doppelschnecke 6 Heizzonen 20-400°C Drezahlbereich 0 – 115 min-1
Peripherie Granulattrockner Abzug Druckstrahlkabine WIWOX® DP 12 BB Verschiedene Extrusionswerkzeuge
41
Infrastruktur Compoundierung & Extrusion
5-Schicht Blasfolien-Extrusionsanlage Collin Verfahrensteil 3 Extruder 25L/D (ᴓ30mm) 2 Extruder 30L/D (ᴓ30mm) 3-Zone Schnecke und Barriereschnecke Maximaler Ausstoss pro Extruder: 15kg/h
Gravimetrische Dosierung Stapeldüse Modular aufgebaut Maximaler Durchsatz: 45kg/h Düsendurchmesser 60mm
Blasturm Maximale Folienablegebreite 400mm Wendestangensystem
Foliendicken: 40-80ɥm
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Projektbeispiele Compoundierung & Extrusion (1)
Stoffliches Recycling von Multimaterial-bauteilen
Zielsetzung
Wiederverwertung von Mehrkomponenten-Spritzgussabfällen
Aufbereitung und Modifizierung im Compounder, Regranulierung
Kennwertermittlung und Datenblatterstellung
Partner
KRL, Lenzburg
Finanzierung KTI Innovationsscheck Volumen: 8 kCHF
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Projektbeispiele Compoundierung & Extrusion (2)
Entwicklung eines flexiblen Isolierglas-abstandhalters im Extrusionsprozess
Zielsetzung
Materialrecherche und -entwicklung Profildesign und Prozesstechnik Funktions- und Qualititätskontrolle
Partner
Prowerb AG, St. Gallen mobil Werke AG, Berneck Glas Trösch Holding AG, Bützberg
Finanzierung KTI Projekt, Volumen: 320 kCHF
44
Projektbeispiele Compoundierung & Extrusion (3)
Verfahrensoptimierung Compoundier-prozess
Zielsetzung
Prozessanalyse Optimierung der Anlagenkonfiguration Funktionstests
Partner
diverse
Finanzierung Direktfinanzierte Projekte KTI-Projekt
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Dienstleistungen
Werkstoffprüfung
Material-Charakterisierung
Stoffdatenermittlung
Bauteilprüfung
Schadensanalyse
Beratung
46
Infrastruktur Werkstoff- und Bauteilprüfung
Thermische Prüfungen Klimaprüfschrank, -40…180°C, bis 98% r.F. Salzsprühnebel- u. Kondenswasserprüfgerät Härteofen
Mikroskopie / Schadensanalyse Einbettmaschine, Nassschleif- und
Poliergeräte, Ätzeinrichtung Mikrotom für Dünnschnittpräparate Auflichtmikroskop bis 1'500x Stereomikroskop bis 31x Digital-Mikroskop Keyence VHX-600 bis 200x Rasterelektronenmikroskop (REM) bis10'000x
49
Kunden / Partner
51
Zusammenarbeit mit dem IWK
Öffentlich geförderte F&E-Projekte KTI-Projekte (Bund) (Dauer 1-3 Jahre) KTI-Innovationsschecks (Dauer 1-2 Monate) EU-Projekte (Dauer 1-3 Jahre) Stiftungen (nach Vereinbarung)
Industrieprojekte Bilateral oder mit mehreren Partnern (nach Vereinbarung)
Studienarbeiten Semester-, Bachelor-, Masterarbeiten (Dauer 1 Semester)
z.B. Machbarkeitsstudie
Dienstleistungen & Beratung
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Von der Idee zum fertigen Produkt
Das HSRlab kombiniert Technik/Naturwissenschaft mit den Aufgaben in einem Unternehmen
Rollentausch: Schülerinnen und Schüler werden Mitarbeiter eines Unternehmens
Gemeinsam in fünf Teams die Arbeitsabläufe in einem Unternehmen simulieren
Gemeinsam ein Produkt entwickeln und produzieren: «Von der Idee zum fertigen Produkt».
Technik, Wissenschaft und unternehmerische Aufgaben erleben und ausführen.
Verschiedene technische Berufe kennen lernen und erfahren, wie interessant und herausfordernd ein technischer Beruf sein kann.
Konzept basiert auf dem Baylab Plastics der Bayer AG: 12.000 Schüler in 5 Jahren
Konzept des HSRlabs