Keramikspritzguss

Warum Keramik?

Technische Keramik

Keramik ist einer der ältesten Werkstoffe und hat sich zu einem der fortschrittlichsten technologischen Materialien entwickelt. Sie besteht aus kristallinen Mineralien, die deutlich reiner sind als Porzellan. Mit ihrer Neuentwicklung als technischer Werkstoff in den 1970er-Jahren ebneten ihre hervorragenden Eigenschaften den Weg für Anwendungen in der Automobil-, Chemie- und Medizintechnik sowie im Konsumgüterbereich. Im Vergleich zu anderen Materialien bietet Keramik zahlreiche Vorteile: Sie zeichnet sich durch eine hohe Beständigkeit gegenüber chemischen, mechanischen und thermischen Belastungen aus. Insbesondere ihre Stabilität bei hohen Temperaturen ermöglicht den Einsatz unter anspruchsvollen Bedingungen. Als sehr steifer Werkstoff ist sie zudem unempfindlich gegenüber Verschleiß und Korrosion. Darüber hinaus überzeugt Keramik durch ihre hohe Verschleißfestigkeit sowie durch kratzfeste Oberflächen, die sowohl matt als auch hochglänzend ausgeführt werden können. Dies sorgt für eine hochwertige Haptik, die die Ästhetik jeder Komponente unterstreicht. Die verfahrenstechnischen Vorteile des Spritzgusses ermöglichen zudem eine industrielle Fertigung mit Fokus auf Qualität und Präzision.

Produktion

End-to-End Fertigung

OECHSLER führt an seinem hochmodernen Produktionsstandort in Deutschland einen durchgängigen Keramik-Spritzgießprozess (CIM) durch und überführt Kundenideen – von der Entwicklung über den Werkzeugbau und das Spritzgießen bis hin zu weiteren Fertigungstechnologien – in die großskalige Serienproduktion. Aufgrund der Abrasivität keramischer Werkstoffe ist für die erfolgreiche Durchführung des Formgebungsprozesses besondere Expertise erforderlich. Zunächst wird eine Mischung aus keramischem Pulver und thermoplastischen Bindersystemen erhitzt und in Form gebracht. Es entsteht der sogenannte Grünling, der aufgrund seiner Sprödigkeit besonders schonend gehandhabt werden muss. Bereits in diesem Produktionsschritt erhält das Bauteil seine endgültige Geometrie und Oberflächenstruktur.

Anschließend werden Polymere und Prozesshilfsmittel in einem zweistufigen Entbinderungsverfahren entfernt. Zunächst wird das Bauteil mehrere Tage in Alkohol eingelegt, um Wachse herauszulösen. Danach erfolgt eine thermische Behandlung, bei der die polymeren Bestandteile entfernt werden. Zur Erzielung der finalen Materialeigenschaften wird das Produkt anschließend über mehr als 24 Stunden bei Temperaturen von bis zu 1.500 °C gebrannt, was zu einer Schrumpfung von etwa 20 bis 30 Prozent führt. Um keramische Bauteile bei derart hohen Temperaturen erfolgreich zu sintern, sind eine vollständige Prozesskontrolle und -steuerung erforderlich. Bei korrekter Durchführung werden eine homogene Verdichtung und ein gleichmäßiges Schrumpfen erreicht, wodurch das Bauteil seine hohe Festigkeit und Härte erhält.

Produkt design

Serienfertigung & Oberflächenbearbeitung

Keramik-Spritzgießen ist eine hochkomplexe Technologie, die eine mehrstufige Produktion und Nachbearbeitung erfordert. OECHSLER hat auf einer Fläche von 2.100 Quadratmetern einen standardisierten Workflow für die Serienproduktion etabliert, der außergewöhnlich zuverlässig ist und jährlich mehr als 15 Millionen pulverbasierte Bauteile in Automobilqualität herstellt.

In der herkömmlichen Keramikfertigung wird die Oberflächenstruktur in einem nachgelagerten subtraktiven Bearbeitungsschritt erzeugt. Bei OECHSLER hingegen wird die Oberflächenstruktur bereits während des Werkzeugbaus definiert und während des Spritzgießprozesses umgesetzt. Daher ist die Expertise von OECHSLER bei der Festlegung der richtigen Parameter bereits in der Produktentwicklung unverzichtbar – zum Beispiel, um komplexe Formen und Oberflächen auf Serienbasis gleichmäßiger und effizienter zu realisieren.

Hybrider Ansatz

Rückspritzgießen

Durch die Integration des Keramikspritzgusses ermöglicht OECHSLER die einzigartige Kombination aus Polymer- und Pulverspritzguss, die bereits in der Serienproduktion für BMWs Gangwähler und iDrive umgesetzt wird. Für den Gangwähler wird eine Hülle aus grauer Keramik geformt, die über eine speziell gestaltete Oberflächenstruktur für ein transluzentes Label verfügt. Anschließend unterliegt das gesinterte Bauteil einem weiteren Formgebungsprozess – diesmal auf Polymerbasis. Weißes und graues Polymer wird mittels Zweikomponententechnologie eingebracht, bevor das Bauteil unsere Nachbearbeitungs- und Prüfverfahren durchläuft.

Eine der größten Herausforderungen liegt im hybriden Ansatz von Keramik- und Polymerspritzguss bei gleichzeitiger Einhaltung der Qualitätsstandards der Automobilindustrie. Dazu gehören enge Toleranzen im CIM-Prozess, die eine wiederholgenaue Präzision nach dem Sintern sicherstellen, hochpräziser Polymerspritzguss, Sweep-Tests und die Erkennung von Berührungseingaben. Damit solche Innovationen gelingen, sind erweiterte Entwicklungskapazitäten, stabile Serienprozesse in großem Maßstab und dennoch gut ausgebildetes Personal unverzichtbar – sie treiben hybride Ansätze zur Perfektion.