Teknologi for rask og rimelig sprøytestøping av små produktserier -- FoU for en ny generasjon forminnsatser

Prosjektets overordnede mål var å redusere kostnader og time-to-market for plastsprøytestøping av prototyper og komponenter i små serier, ved innovativ bruk av forminnsatser som er rimelige og som kan fremstilles raskt. Slike forminnsatser kan også gi økt fleksibilitet med hensyn til senere geometriendringer eller spesialtilpasninger. Forbedrede forminnsatser og tilhørende teknologi fra dette FoU-prosjektet vil bidra til reduserte kostnader og økt verdiskapning for bedrifter som utvikler, produserer og bruker tekniske plastkomponenter. Prosjektet fokuserte på forminnsatser lagd med additiv tilvirkning ("3D-printing") med egnede polymerbaserte materialer inklusive kompositter, og nyttiggjorde seg den internasjonale utviklingen innenfor additivteknologier og tilhørende materialer. Prosjektets hovedaktiviteter var rettet mot etterbehandling av forminnsatser før montering i stamformer, tester/analyser for å forstå og forutsi forminnsatsenes ytelse og levetid, samt nye formkonsepter. Prosjektet har bidratt til forbedrede forminnsatser og ny kompetanse: - Studier av forminnsatsers ytelse og levetid i sprøytestøpeprosessen, og den resulterende kvaliteten til støpte deler - Etablering av simuleringsmodeller for additivt tilvirkede forminnsatser i sprøytestøpeprosessen - Metoder for polering av overflater og påføring av slippbelegg - Hybridløsninger der additivt framstilte forminnsatser kombineres med maskinerte metalldeler - Nye forminnsatsløsninger for effektiv sprøytestøping av geometrisk komplekse deler i små serier - Nye forminnsatskonsepter der forminnsatsen støpes i en additivt tilvirket positiv form - Nytt stamformsystem for raske bytter av forminnsatser - Testing og analyse av nye spesialmaterialer for additiv tilvirkning: Prosjektet har funnet materialer som via printeparametere og post-prosessering har en god kombinasjon av styrke, bruddseighet og temperaturbestandighet. - Beregninger av CO2-avtrykket til forminnsatser framstilt med ulike materialer og metoder: Additivt tilvirkede forminnsatser i polymermaterialer har mye lavere avtrykk enn forminnsatser maskinert i aluminium eller stål.

Virkninger for prosjektets deltakere og målgrupper: Først og fremst har resultatene nytteverdi for bedrifter som trenger sprøytestøpte prototyper og små produktserier. Basert på prosjektresultatene kan disse bedriftene raskt lage bedre, rimeligere og mer bærekraftige forminnsatser, med spesialløsninger og kompleksitet tilpasset bedriftenes individuelle behov. Resultatene er også relevante for former for andre bearbeidingsmetoder for plast og kompositter, f.eks. formblåsing og termoforming. Prosjektet har også bygd generell kompetanse om additiv tilvirkning med polymerbaserte materialer. Additivprosessene og -materialene som er testet og analysert i dette prosjektet er også relevante for andre tekniske komponenter med krevende spesifikasjoner. Videre er det slik at en del av markedet for sprøytestøping (og andre tradisjonelle plastbearbeidingsmetoder) vil overtas av direkte additiv tilvirkning. Plastbearbeidingsbedrifter i vareproduserende industri må derfor beherske både sprøytestøping og additiv tilvirkning. Effekter på samfunnsnivå: Resultatene vil bidra positivt til å møte den samfunnsutfordringen Norge har innen innovasjon i landbasert industri, hvor kostnadseffektiv produktutvikling er en viktig faktor. Videre vil prosjektet bidra til å sikre produktiviteten og konkurransedyktigheten til vareproduserende industri. "På lang sikt er det produktivitetsvekst, det at vi får mer ut av en gitt mengde innsatsfaktorer, som er den viktigste kilden til vekst", skrev Statistisk sentralbyrå i Økonomiske analyser nr. 1/2014. Resultatene kan bidra til, og stimulere til, produktinnovasjon for å møte viktige samfunnsutfordringer som f.eks. eldrebølgen og miljøvennlig energi. Additive forminnsatser muliggjør masseprodusert skreddersøm ("mass customisation") som f.eks. kan gi muligheter for rimelig og god tilpasning av hjelpemidler for eldre eller funksjonshemmede. Det kan også nevnes at material- og prosessteknologi relatert til additiv tilvirkning er strategiske satsningsområder for de tre FoU-miljøene som er involvert i denne søknaden. Disse miljøene vil bruke resultatene til å utvikle nye idéer og prosjekter mot andre bruksområder og markeder. Prosjektet har også bidratt til utvikling av undervisningstilbudet innen additiv tilvirkning på NTNU (Gjøvik) og Universitetet i Sørøst-Norge (Vestfold campus).

Den overordnede idéen er å redusere kostnader og time-to-market for sprøytestøping av plastkomponenter i små serier (både prototyper og komponenter for markedet) ved innovativ bruk av forminnsatser som er rimelige og som kan fremstilles raskt. Forminnsatsene vil hovedsakelig lages med additiv tilvirkning ("3D-printing") i plastbaserte materialer, men deler lagd med høyhastighetsmaskinering av spesielle aluminiumslegeringer vil også inngå i noen innsatsløsninger. Det overordnede nyhetselementet er å lage additive forminnsatser som gir støpte deler med mye bedre overflatefinish enn i dag. En av utfordringene er å kombinere dette med å ha forminnsatser med god mekanisk ytelse, da de mest aktuelle materialene med best overflatefinish rett fra additivmaskinen er ganske sprø. Forskning på poleringsmetoder vil være en del av dette. Et annet sentralt tema er å forbedre dimensjonstoleransene til støpte deler. Forbedrede forminnsatser fra dette FoU-prosjektet vil bidra til verdiskapning for de som utvikler, produserer og bruker plastkomponenter. I tillegg til prosjektlederen OM BE Plast er følgende partnere med i dette prosjektet: ABB, Mascot Electronics, Nilssen 3D Service, Norbit ODM, Nordic 3D, NTNU, PLM Group, Rottefella, SINTEF, Sleipner Motor, Stokke og Ulefos Esco. SINTEF er den sentrale FoU-partneren.