Die Sigma Engineering GmbH, Aachen, stellte kürzlich eine neue Version der Simulationssoftware Sigmasoft vor, die einen Durchbruch für die Powder Injection Molding (PIM) Industrie bedeutet: sie beinhaltet die Möglichkeit Partikelseparation […]
Sigmasoft Virtual Molding sagt mit Hilfe eines neuen Modells die Partikelkonzentration in PIM-Anwendungen voraus und identifiziert dabei Regionen, in denen Partikelseparation stattfindet. (Abb.: Sigma)
Die Sigma Engineering GmbH, Aachen, stellte kürzlich eine neue Version der Simulationssoftware Sigmasoft vor, die einen Durchbruch für die Powder Injection Molding (PIM) Industrie bedeutet: sie beinhaltet die Möglichkeit Partikelseparation zu simulieren. Dieses Werkzeug befähigt PIM-Verarbeiter, mögliche Qualitätsprobleme zu identifizieren, bevor das Werkzeug gebaut wird. Dadurch sinkt der Ausschuss dramatisch und die Profitabilität steigt.
Die PIM-Produktionskette umfasst mehrere Schritte und startet mit dem Spritzgießen des Feedstocks. Eine der häufigsten Ursachen für den Ausschuss ist die Partikelseparation, die genau während des Spritzgießens auftritt. Aktuell sind die Separationsdefekte erst am Ende der Produktion nach der Sinterung des Bauteils sichtbar. Zu diesem Punkt bleibt als einzige Gegenmaßnahme, diese Teile als Ausschuss zu deklarieren.
Sigmasoft Virtual Molding ermöglicht eine Vorhersage, wie Werkzeug- und Bauteilkonstruktion, Prozessparameter und Feedstock die lokale Partikelkonzentration beeinflussen. Dadurch liefert es eine Entscheidungsgrundlage während der Bauteil- und Werkzeugentwicklung und verhindert kostspielige Iterationen am Werkzeug. Regionen mit niedriger Partikelkonzentration sind Bereiche, in denen sich Partikel separieren und in denen Funktion und Ästhetik der fertigen PIM Bauteile beeinträchtigt sind.
Der erste Durchbruch für die Simulation von Powder Injection Molding wurde vor vier Jahren erzielt, als Modelle zur akkuraten Vorhersage des Fließverhalten von Feedstocks in die Software integriert wurden. Für eine Vielzahl von MIM-Feedstocks wurde Forschung hinsichtlich der Modellierung von rheologischem, thermo-physikalischem und Erstarrungsverhalten durchgeführt. Zu diesem Zeitpunkt wurden Scherratengradienten als Hauptursache für die Partikelseparation identifiziert.
Dieses scherbasierte Separationsmodell funktionierte gut für Feedstock mit geringen Partikelanteilen. Für Feedstocks mit Partikelanteilen zwischen 55 und 65 % zeigte sich jedoch, dass dicht gepackte Partikel die Bewegung beeinträchtigen. In Regionen mit hoher Partikeldichte reichte die induzierte Scherung nicht aus, um eine Separation zu bewirken, da die einzelnen Partikel von ihren Nachbarn blockiert werden. Neben der Scherung beeinflussen also weitere Effekte, die mit der Partikelkonzentration zusammenhängen, die Separation.
Die Partikelkonzentration beeinflusst auch die Schmelzeviskosität: in partikelarmen Bereichen ist die Viskosität niedrig, wenn der Partikelgehalt ansteigt, steigt die Viskosität an. Dadurch kann die Viskosität in z.B. in der Mitte des Schmelzekanals sehr hohe Werte erreichen, während der Feedstock an den Kanalwänden noch leicht fließt.
Diese Korrelationen sind in die Simulation integriert, so dass in Zukunft eine Rückkopplung zwischen Viskosität und Partikelkonzentration berücksichtigt wird. Die Viskosität beeinflusst die Entmischung, die folgende Partikelseparation kann das Füllverhalten verändern (und damit die Qualität des Grünteils). In der Konsequenz wird die Vorhersage des Füllverhaltens des Feedstocks verbessert.
Das neuentwickelte Modell berücksichtigt den kombinierten Einfluss von Scherratengradienten, Viskosität, Partikelkonzentration und Temperaturgradienten und liefert so eine verlässliche Vorhersage von Regionen, in denen Qualitätsprobleme auftreten können. Die Abbildung zeigt die Partikelkonzentration einer industriellen Anwendung. Für den Uhrenverschluss (Alliance, Frankreich) gelten hohe Anforderungen hinsichtlich der Oberflächenbeschaffenheit. Sigmasoft Virtual Molding sagt Bereiche mit niedrigem Partikelgehalt vorher, in denen Entmischung zu Qualitätsproblemen führt.
