Thixomolding: Eine fast vergessene Technologie ist auf dem Weg, die Fertigung von Leichtbau-Strukturbauteilen zu revolutionieren

Thixomolding: Stand der Technik

Die Thixomolding-Technologie ist keine neue Technologie, sie beruht auf der Verarbeitung von Magnesium im halbfesten Zustand und wird seit Jahrzehnten speziell in Asien für die Herstellung von flachen Bauteilen in der Elektronik-Industrie, z.B für Laptops und Displays, genutzt. Daher ist es nicht verwunderlich, dass die meisten Thixomolding-Maschinen (ca. 2.000) in Asien installiert sind.

Der Grund dafür, dass diese Technologie bisher nur bei flachen Bauteilen eingesetzt wurde, ist, dass die Thixomolding-Maschine bis zum Jahr 2019 nur mit Schließkräften von bis zu 1.000 Tonnen und Schneckendurchmessern von 84 mm – und damit mit Schussgewichten von max. 1.500 g und Durchsätzen von ca. 80 kg pro Stunde – verfügbar waren.

Seit 2019 wurden immer größere Maschinen mit Schließkräften von bis zu 6.000 Tonnen und Schneckendurchmessern von derzeitig bis zu 190 mm – mit max. Schußgewichten von bis zu 22 kg und möglichen Durchsätzen von 500 kg pro Stunde – entwickelt und in den Markt gebracht.

Die Firma BOLE Intelligent Machinery ist bei diesen Weiterentwicklungen einer der Vorreiter und hat mit einer Serienmaschine vom Typ MTX 4000 D-170 die derzeit größte Thixomolding-Maschine in Serie am Markt laufen.

Magnesium: der unendlich verfügbare Werkstoff auf unserem Planeten

Warum setzt BOLE nun auf Magnesium in Verbindung mit der Thixomolding Technologie?
Magnesium ist im Gegensatz zu vielen anderen Materialien wie Kunststoff und Aluminium ein unendlich verfügbarer Werkstoff auf unserem Planeten.

Magnesium ist ein Leichtbaumaterial, was im Gegensatz zu Aluminium und Kunststoffverbundmaterialien eine Gewichtsreduzierung zwischen 10% bis 20% ermöglicht.

Magnesium: CO₂-Fußabdruck doch geringer?

Wenn man nun den CO₂-Fußabdruck von Magnesium gegenüber Aluminium betrachtet, ist pro kg ein großer Unterschied zu erkennen:

Aluminium in Europa = 6,7 CO₂/kg

Aluminium weltweiter Durchschnitt = 15 – 16 CO₂/kg

Magnesium Pidgeon-Prozess = 22 CO₂/kg

Aber wenn man ein 1.000 cm³ großes Bauteil im Druckgussverfahren betrachtet, wiegt es mit Aluminium 2,7 kg bei 40,5 CO₂/kg, mit Magnesium hingegen 1,7 kg bei 37,5  CO₂/kg.

Das entspricht einer CO₂-Reduzierung von 8%.

Wenn man sich nun den CO₂-Fußabdruck in der Produktion genau ansieht, und dann auch noch zusätzlich die Thixomolding-Technologie betrachtet, kommt folgendes heraus:

Beim Thixomolding-Prozess liegt das Anguss- und Überlaufgewicht zwischen 25% und 40% des Formteilgewichtes und ist damit mindestens 50% geringer als beim Druckguss.

Wenn man sich nun den CO₂-Fußabdruck auf das Schussgewicht des oben genannten 1.000-cm³-Bauteils ansieht, kommt man zu folgendem Vergleich:

Druckguss bei Aluminium mit min. 5,4 kg bei 81,0 CO₂/kg und bei Magnesium mit 2.12 kg bei 46,6 CO₂/kg.

Das entspricht einer CO₂-Reduzierung von 42% gegenüber dem weltweiten CO_2-Durchschnitt von Aluminium.

Mit neuen Pidgeon-Prozessen und der Elektrolyse wird man bei Magnesium in den nächsten Jahren 8 CO₂/kg erreichen können – dann werden die Unterschiede dramatisch ausfallen.

Recycling von Magnesium

Wie schon beschrieben, ist bei BOLE eine der Kernstrategien das Recycling. Daher ist es nicht verwunderlich, dass wir auch das direkte Recycling von Anfahrteilen, Angüssen und Überläufen geprüft haben.

Die Ergebnisse sind, dass – wenn man dieses Magnesium-Recyclat in den Thixomolding-Prozess zurückführt – es keine Änderungen der Performance an den Bauteilen gibt.

Mit diesen Erkenntnissen bietet Thixomolding als einziges Verfahren die Möglichkeit eines geschlossenen Wertstoffkreislaufs in Ihrem Unternehmen an, was Ihre Kosten und den CO₂-Fußabdruck nochmal deutlich senkt.

BOLE bietet mit seiner Thixomolding-Maschinentechnologie eine Recyclingtechnologie an, welche das Recyclat mit geringstem Energieeinsatz herstellt und der Maschine wieder zuführt. Dabei kann der Kunde entscheiden, wieviel Recyclat er in seinen Bauteilen verwenden will bzw. darf.

Aber, wie erwähnt: Die 100%ige Rückführung Ihrer Anfahrteile, Angüsse und Überläufe wird keine Änderung an der Performance Ihrer Magnesiumbauteile haben.

Generelle Vorteile der Thixomolding-Technologie

1. Geringere Porosität an den Bauteilen, da die Schwindung aufgrund der geringeren Eingangstemperatur von 580 bis 630°C bei Magnesium sehr gering ist.

1. Keine Lufteinschlüsse, da die Bauteile mit einer honigartigen Schmelze mit geringen Fließfront-Geschwindigkeit im Quellfluss gefüllt werden.
2. Bessere Korrosionsbeständigkeit: Aufgrund der geringeren Fließfront-Geschwindigkeit wird unter dem Druck im Gießprozess eine geschlossene Oberfläche beim Thixomolding erzielt.
3. Um mindesten 20% bis teilweise 40% bessere mechanische Werte, z.B. Dehnung und Zugfestigkeiten am Bauteil.
4. Energiekosten Reduzierung von mindestens 55% gegenüber Druckgussprozessen. Der durchschnittliche Energieverbrauch inklusive Schmelzen und kompletter Peripherie liegt bei unter 0,5 kW pro Kilogramm durchgesetztes Magnesium.
5. Die Standzeit der Werkzeuge ist mindestens doppelt so lang und teilweise bis zu dreimal so lang wie bei der Produktion im Druckgussverfahren, was speziell im Bereich großer Bauteile und damit bei Werkzeugen eine massive Kostenreduzierung darstellt.

Bauteilkosten

Wenn man nun die Artikelkosten bei der Herstellung von Magnesiumbauteilen im Druckgussverfahren exakt mit der Herstellung derselben Bauteile im Thixomolding vergleicht, sind die Herstellungskosten im Thixomolding-Verfahren je nach Bauteil generell um 21% bis 23% geringer.

Wenn man nun noch die längeren Werkzeugstandzeiten und die Reinigungsintervalle vergleicht, kommt man auf 26% bis 28% geringere Kosten.

Beim Einsatz der BOLE-Recyclingtechnologie in Kombination mit einer Thixomolding-Maschine liegen wir bei fast 35% geringeren Herstellungskosten für Ihre Bauteile.

Fazit

Wir bei BOLE Intelligent Machinery sind fest überzeugt, dass wir mit der Thixomolding-Technologie unseren Planeten ein wenig besser machen können.

Wir würden uns freuen, wenn wir bei diesem Vorhaben gemeinsam vorangehen.