Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS
Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS

Intelligenter Kristallisationssensor im Spritzguss

Zur Verbesserung der Qualitätssicherung im Spritzguss hat das Fraunhofer IMWS gemeinsam mit einem Industriepartner einen intelligenten Kristallisationssensor entwickelt. Inline-Messungen und schnelle Kalorimetrie ermöglichen Überwachung und bessere Simulation des Spritzgusses.

Kristallisationssensor
© Fraunhofer IMWS
IR-Sensor der FOS GmbH über einer polarisationsmikroskopischen Aufnahme von sphärolithischen Kristallstrukturen in Polyhydroxybutyrat bei 200facher Vergrößerung.

Das Spritzgussverfahren ist ein preisgünstiges und breit eingesetztes Verfahren zur Herstellung von Bauteilen aus teilkristallinen, thermoplastischen Kunststoffen in großen Stückzahlen. Lokal unterschiedliches Kristallisationsverhalten ist dabei ein wesentlicher Grund für Verzugseffekte in Spritzgussbauteilen und damit eine zentrale Ursache für Qualitätsprobleme in der Massenfertigung. Eine 3D-Bauteilvermessung, die Verzugsprobleme erkennen kann, ist zumindest für kleinere Spritzgussbauteile ein zu hoher finanziellen Aufwand.

 

Bessere Datenbasis für Qualitätskontrolle und Einsatz von KI-Tools

Zur Verbesserung der Datenlage für die Qualitätssicherung, die Prozessoptimierung und einschlägige KI-Systeme können ultraschnelle (IR-)Temperatursensoren eingesetzt werden. Diese liefern Aussagen zur Änderung der Temperatur des Kunststoffs während des Abkühlens in der Spritzgussform und damit auch zum verzugsbestimmenden Kristallisationsprozess im Bauteil. Der gemeinsam mit den Fraunhofer IMWS entwickelt IR-Sensor der FOS Messtechnik GmbH für den Spritzguss ermöglicht neben einer sehr schnellen Temperaturmessung auch eine inline-taugliche Auswertung basierend auf einem Kristallisationsmodell, um zu robusten Aussagen zum Kristallisationszustand in kritischen Regionen von Spritzgussbauteilen zu kommen, die auch für die Fertigung in Großserie nutzbar sind.

Die Vielzahl der Messparameter und leistungsfähige Möglichkeiten der KI-Auswertung eröffnen enorme Potenziale für die aktive Prozess- und Qualitätssteuerung. Parallel können durch die neuen Methoden der ultraschnellen Kalorimetrie prozessrelevante Kristallisationsparameter für Spritzgusssimulationen bereitgestellt werden.

Mögliche Anwendungen des Sensors sind:

  • Simulation: Vergleich der Online-Temperatur-Zeitkurven (IR-Sensor) mit simulierten Werten. Dabei können relevante Materialdaten zur Kristallisationskinetik aus ultraschneller Kalorimetrie verwendet werden.
  • Inlineüberwachung: Monitoring des Prozesses für eine digitale Bauteilakte
  • Eigenschaftsbestimmung und Modifikation: Ermittlung des Kristallisationszustand und daraus abgeleitete Vorhersage des Verzugs
  • Prognose: weitergehende Vorhersagen durch die Zusammenführung verschiedener Parameter (Maschine, Umgebung, Inline, Geometrie) mittels KI-Methoden.

(27. Januar 2026)