RIM Verfahren – Information, Materialien, Lohnfertigung
Das RIM-Verfahren (Reaction Injection Moulding bzw. Reinforced Reaction Injection Moulding) ist ein Urformverfahren zur Produktion von Kunststoffformteilen. Bei diesem Verfahren werden zwei Komponenten (ab und an weitere Zusätze) in einem Mischer miteinander vermischt und als Reaktionsmasse in ein formgebendes Werkzeug gespritzt, wo sie aushärtet.
Da der Zuhaltedruck der Formwerkzeuge gering ist, wird das RIM-Verfahren auch als Niederdruck-RIM-Verfahren bezeichnet.
Die Zeiträume, die benötigt werden, um das Formwerkzeug für ein neues Formteil verwenden zu können, liegen zwischen einer Minute und fünf Minuten.
Das Verfahren zählt daher zu einem der schnellsten Verfahren zur Herstellung von Kunststoffteilen und erlaubt damit auch die Produktion kleiner Stückzahlen. Es eignet sich auch für großformatige und funktionale Prototypen. RIM wird bevorzugt zur Herstellung von Formteilen aus Polyurethan (PU) eingesetzt.
Verfahren im Detail
Beim RIM-Verfahren wird der Kunststoff direkt vor dessen Verarbeitung über eine chemische Reaktion erzeugt. Dabei handelt es sich um eine Polyaddition, bei der Isocyanat und Polyol zu Polyurethan reagieren (Reaction).
Dieses reaktive Gemisch aus Polyol und Isocyanat wird injiziert (Injection) und in der Form ausgehärtet (Moulding).
Die Vermischung von Polyol und Isocyanat findet in einem speziellen Mischkopf statt. In separaten Kreisläufen werden die beiden Komponenten durch Dosierzylinder oder Pumpen in der RIM-Anlage gefördert. Zur Injektion zieht sich der Steuerkolben des Mischkopfes zurück und gibt so den Weg für die beiden Komponenten frei. Beide Komponenten treffen in der Mischkammer aufeinander, wo sie sich miteinander vermischen und zu Polyurethan werden.
Unterschied RTM- und RIM-Verfahren
RTM = Resin Transfer Moulding (Spritzpressen)
RTM ist ein Verfahren zur Herstellung faserverstärkter Bauteile. Dazu werden Fasermatten in ein Werkzeug gelegt und mit einem Gemisch aus Harz und Härter unter Druck umgossen. Unter Wärmezufuhr reagiert das Harz und wird zu einem festen Körper.
Verwendet werden Kohle- oder Glasfasern. Mehrere Fasermatten werden in den meisten Fällen passend geschnitten, paketiert und zusammengeheftet. Auf diese Weise entsteht ein Halbzeug, das in einem speziellen Werkzeug vorgeformt wird (Preform bzw. Formteil).
Dieses Formteil wird nun in die untere Formhälfte des RTM-Werkzeugs eingelegt und mit Harz getränkt. Harz und Härter werden getrennt voneinander dosiert und im Mischkopf miteinander vermischt. Auf diese Weise entsteht ein Harz-Härter-Gemisch, das unter Druck in die Kavität des Werkzeugs injiziert wird. Dort werden die eingelegten Faser-Matten umgossen und vollständig benetzt. In der Kavität reagiert das Harz des Werkzeugs (Matrix) unter Druck und Temperatur zu einem duroplastischen Kunststoff.
Bei Bedarf ist es möglich, ein internes Trennmittel einzubringen, das entweder bereits im Harz enthalten ist oder vor der Vermischung zudosiert wird. Dadurch kann das RTM-Bauteil leichter aus dem Werkzeug entformt werden. Häufig wird das Bauteil nach dem Entformen nachbearbeitet.
RIM-Verfahren = Reaction Injection Moulding
Beim RIM-Verfahren werden die beiden Hauptkomponenten Isocyanat und Polyol über eine Dosieranlage in einen Gegenstrommischkopf eingebracht, homogenisiert und mit geringem Druck (6 bar) in ein Werkzeug gespritzt. Durch die Reaktion der beiden Komponenten reagiert das Material schnell zu Polyurethan. In weniger als zwei Minuten kann das fertige Teil entformt werden.
Unterschied | RIM | RTM |
verwendete Komponenten | Isocyanat, Polyol | Fasermatten, Harz, Härter |
Der Unterschied zwischen dem RIM- und RTM-Verfahren liegt in den verwendeten Komponenten. Beim RIM-Verfahren werden Isocyanat und Polyol verwendet. Beim RTM-Verfahren kommen Fasermatten, Harz und Härter zum Einsatz.
Eigenschaften von RIM-Bauteilen
- 100 % Funktionsteile
- Wiederhol- und Detailgenauigkeit sowie die Oberflächengüte entspricht Serienteilen
- Oberflächenveredelung möglich
- Für ZSB-Erstellungen geeignet
- schnelle und kostengünstige Produktion
Materialien
Beim RIM-Verfahren werden Polyol und Isocyanat verwendet. Zusätzlich kann eine Verstärkung in die Reaktivmischung gegeben werden. Am häufigsten werden Polymere und Polyurethane verwendet. Derzeit werden Reaktivmischung auf Basis von Polyepoxiden und Polyamiden entwickelt.
Nötige Werkzeuge
Werkzeuge können auf unterschiedliche Arten hergestellt werden, z. B. durch CNC-Fräsen aus Kunststoffblockmaterial oder durch Abformung aus Silikon. Die Art der Variante hängt von der Bauteilgröße, der Teilestückzahl und dem gewünschten Polyurethanmaterial ab.
Die Formen für mittlere Serien und Prototypen werden aus Epoxiden hergestellt. Bei Großserien werden Metallformen verwendet, die auch beheizbar sind.
Anwendungsbeispiele für das RIM-Verfahren
Das RIM-Verfahren eignet sich hervorragend zur Herstellung von großformatigen Strukturbauteilen, die optisch und funktional hohen Ansprüchen genügen müssen. Das können Frontend-Teile, Türverkleidungen, Schweller, Spoiler, Säulenverkleidungen, Kofferraumverkleidungen, Kotflügle, Mittelkonsolen und Instrumententafeln sein.
Vorteile und Nachteile
Vorteile
- geringer Zuhaltedruck der Formwerkzeuge
- schnelle und kostengünstige Produktion
- kurze Zykluszeiten durch die schnelle chemische Reaktion der Polymerkomponenten
- preiswerte Herstellung von großen Serien und großen Gegenständen
- geringe Investitionskosten
- hohe Beständigkeit gegen Abrieb und Schlag
- hervorragende Oberflächenqualität
- gute Haftung von PUR-Farben
- weitgehend automatisierte Prozesskette
- Bauteile mit einem hohen Faservolumengehalt machbar
- hohe Prozesssicherheit
- hohe Wiederholbarkeit
- hohe Festigkeit
Nachteile
- kostenintensive Materialien
- schlechtere Stabilität gegen Verformung
Fazit
Die Entscheidung für den Einsatz des RIM-Verfahrens hängt grundsätzlich von den Abmessungen, der benötigten Stückzahl sowie der Komplexität und den geforderten Werkstoffeigenschaften ab. Sollen großformatige Bauteile mit komplexen Geometrien und in Stückzahlen von mehr als 100 Teilen kostengünstig und schnell produziert werden, ist das RIM-Verfahren hervorragend geeignet. So können zum Beispiel Kotflügel, Stoßfänger oder Seitenschweller in kleinen Serien von 100 bis 500 Stück mit einer hohen Oberflächengüte bei wirtschaftlichen Werkzeuginvestitionen und in kurzer Zeit erzeugt werden.
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