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Spritzguss
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Dieser Leitfaden liefert Ihnen alles Wissenswerte über das Spritzgie?en. Erfahren Sie mehr über die Grundprinzipen dieses Verfahrens und erhalten Sie schnell umsetzbare Designtipps, die Zeit sparen und Ihre Kosten senken.
Part 1
Spritzgie?en: Die Grundlagen
Was ist ein Spritzguss? Wie funktioniert er? Wofür wird er benutzt?
In diesem Abschnitt beantworten wir diese Fragen und zeigen Ihnen g?ngige Beispiele für Spritzgussteile, um Sie mit den grundlegenden Mechanismen und Anwendungen der Technologie vertraut zu machen.
Was bedeutet Spritzgie?en?
Das Spritzgie?en ist eine formgebende Fertigungstechnologie: Um ein Teil herzustellen, wird Kunststoff zuerst geschmolzen und dann in den Hohlraum eines Formwerkzeugs eingespritzt. Wenn sich das Material abkühlt, verfestigt es sich und nimmt die Geometrie (Form) des Formwerkzeugs an. Das Teil wird dann ausgeworfen und der Prozess beginnt von neuem.
Dies ist eine grundlegend andere Art der Herstellung als beim additiven Fertigungstechnologien (3D-Druck) oder subtraktiven Fertigungstechnologien (CNC-Bearbeitung). Das Flie?en und Erstarren des Materials w?hrend des Spritzgie?ens hat einen erheblichen Einfluss auf die wichtigsten Designeinschr?nkungen für diese Technologie - mehr dazu unten.
Der Spritzguss-Prozess
Der Kunststoff Spritzguss wird heute h?ufig sowohl für Verbraucherprodukte als auch für technische Anwendungen eingesetzt. Nahezu jeder Kunststoffgegenstand in Ihrer Umgebung wurde im Spritzgussverfahren hergestellt. Dies ist auf die F?higkeit der Technologie zurückzuführen, identische Teile mit sehr hohen Stückzahlen (normalerweise 1.000 bis über 100.000 Stück) zu sehr niedrigen Kosten pro Teil (normalerweise 1-5 US-Dollar pro Stück) herzustellen.
Im Vergleich zu anderen Technologien sind die Anlaufkosten des Spritzgie?ens jedoch relativ hoch, haupts?chlich aufgrund des Bedarfs an kundenspezifischen Werkzeugen. Eine einzige Form kann je nach Komplexit?t, Material (Aluminium oder Stahl) und Genauigkeit (Prototyp, Kleinserien- oder Gro?serienform) zwischen 3.000 bis über 100.000 USD kosten.
Alle thermoplastischen Materialien k?nnen spritzgegossen werden. Einige Arten von Silikon und anderen duroplastischen Harzen sind ebenfalls für das Spritzgussverfahren geeignet. Die am h?ufigsten verwendeten Materialien beim Spritzgie?en sind:
- Polypropylen (PP): ~38% der weltweiten Produktion
- ABS: ~27% der weltweiten Produktion
- Polyethylen (PE): ~15% der weltweiten Produktion
- Polystyrol (PS): ~8% der weltweiten Produktion
Selbst wenn wir alle anderen m?glichen Herstellungstechnologien berücksichtigen, macht das Spritzgie?en mit diesen vier Materialien allein mehr als 40% aller Kunststoffteile aus, die jedes Jahr weltweit hergestellt werden!
Eine kurze Geschichte des Spritzgie?ens
Kunststoffe ersetzen Elfenbein
1869 erfand John Wesley Hyatt Celluloid, den ersten praktisch einsetzbaren Kunststoff, der Elfenbein für die Herstellung von … Billardkugeln ersetzen sollte! Frühe Spritzgie?maschinen verwendeten einen Zylinder, um den Kunststoff zu erw?rmen, und einen Kolben, um ihn in die Form zu spritzen.
Die revolution?re Erfindung
Mitte der 1950er Jahre revolutionierte die Erfindung der Kolbenschraube im Alleingang die Kunststoffindustrie. Die Kolbenschraube l?ste wichtige Probleme mit ungleichm??iger Erw?rmung des Kunststoffs, mit dem frühere Systeme konfrontiert waren, und er?ffnete neue Horizonte für die Massenproduktion von Kunststoffteilen.
Spritzgie?en heute
Heute ist Spritzgie?en ein [Markt mit 300 Milliarden US-Dollar Umsatz] (https://www.grandviewresearch.com/industry-analysis/injection-molded-plastics-market ?Injection Molding market“). Weltweit werden j?hrlich mehr als 5 Millionen Tonnen Kunststoffteile im Spritzgussverfahren hergestellt. In letzter Zeit steigt der Bedarf an biologisch abbaubaren Materialien aus Umweltgründen.
Spritzgie?maschine: Wie funktionieren sie?
Eine Spritzgie?maschine besteht aus drei Hauptteilen: der Spritzeinheit, der Form - dem Herzstück des gesamten Prozesses - und der Spann-/Auswerfeinheit.
In diesem Abschnitt untersuchen wir den Zweck jedes dieser Systeme und wie sich deren grundlegende Funktionsmechanik auf das Endergebnis des Spritzgussprozesses auswirkt.
Sehen Sie sich eine gro?e Spritzgie?maschine in Aktion an, w?hrend Sie im folgenden Video alle 3 Sekunden 72 Flaschenverschlüsse herstellt.
Die Spritzeinheit
Die Spritzeinheit dient dazu, den Rohkunststoff aufzuschmelzen und in die Form zu bef?rdern. Sie besteht aus dem Trichter, dem Zylinder und der Kolbenschnecke.
Der Rohkunststoff kommt in Form von Pellets an. Im Trichter k?nnen die Pellets mit Pigmenten oder anderen Zus?tzen (z. B. Glasfasern) gemischt werden. Auf diese Weise k?nnen Farbe und physikalische Eigenschaften der Formteile auf die spezifischen Anforderungen der jeweiligen Anwendung zugeschnitten werden.
Als N?chstes wird das Material in den Zylinder geleitet, in dem sich die Kolbenschnecke befindet.
Die Schnecke erfüllt zwei Aufgaben: Sie bef?rdert die Pellets in Richtung der Form und komprimiert sie gleichzeitig. Tats?chlich erzeugen die durch die Bewegung der Schnecke verursachten Scherkr?fte 60% bis 90% der zum Schmelzen der Kunststoffpellets erforderlichen W?rme. Der Rest wird durch die Heizb?nder bereitgestellt, die um den Zylinder gewickelt sind.
Sobald sich genügend geschmolzenes Plastik vor der Schraube befindet, f?hrt der Kolben nach vorne und presst das Material in den leeren Hohlraum der Form (wie eine Spritze). Der gesamte Vorgang l?uft kontinuierlich ab, sodass das Befüllen der Form nur wenige Sekunden dauert.
Herstellung der Spritzgussform
Die Form ist wie das Negativ eines Fotos: Ihre Geometrie und Oberfl?chenstruktur wird direkt auf das Spritzgussteil übertragen.
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Die Form macht normalerweise den gr??ten Teil der Anlaufkosten beim Spritzgie?en aus: Die Kosten für eine typische Form beginnen bei etwa 2.000-5.000 $ für eine einfache Geometrie und relativ kleine Produktionsserien (1.000 bis 10.000 Einheiten) und k?nnen bis zu 100.000 $ für Formen, die für die Gro?produktion optimiert sind (100.000 Einheiten oder mehr), steigen.
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Dies ist auf das hohe Ma? an Fachwissen zurückzuführen, das für die Konstruktion und Herstellung einer qualitativ hochwertigen Form erforderlich ist, mit der Tausende (oder Hunderttausende) von Teilen pr?zise hergestellt werden k?nnen.
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Die Formen werden in der Regel aus Aluminium oder Werkzeugstahl CNC-gefr?st und dann auf den erforderlichen Standard bearbeitet. Neben dem Negativ des Teils haben sie auch andere Merkmale, wie das Angusssystem, das den Materialfluss in die Form erleichtert, und interne Wasserkühlkan?le, die die Kühlung des Teils unterstützen und beschleunigen.
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Lernen Sie mehr über die CNC-Bearbeitung. Lesen Sie den vollst?ndigen Leitfaden zur CNC-Bearbeitung
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Jüngste Fortschritte bei den Materialien für den 3D-Druck haben die Herstellung von Formen erm?glicht, die sich für den [Low-Run-Spritzguss] (http://www.slotmm.online/knowledge-base/3d-printing-low-run-injection-molds/) (100 Teile oder weniger) zu einem Bruchteil der Kosten eignen. Solche kleinen Mengen waren in der Vergangenheit aufgrund der sehr hohen Kosten des traditionellen Formenbaus wirtschaftlich unrentabel.
Die Anatomie der Form
Die einfachste Form- die Ziehform (Straight-Pull-Form) - besteht aus zwei H?lften: dem Hohlraum und dem Kern. Für komplexere Teile mit Hinterschneidungen k?nnen auch Seitenkerne verwendet werden, die in einem Winkel in das Teil hinein- und aus ihm herausgleiten. Weitere Informationen zu Seitenkernen und Hinterschneidungen finden Sie in einem n?chsten Abschnitt.
Der Kern und der Hohlraum haben unterschiedliche Funktionen. Der Kern ist die Formh?lfte, die n?her am Einspritzsystem liegt. Er bildet die ?kosmetische“ Seite des Teils (A-Seite), die ein gutes optisches Erscheinungsbild erfordert. Der Hohlraum ist die hintere Formh?lfte und bildet die ?verborgene“ Funktionsseite (B-Seite), die alle Strukturelemente des Teils (Rippen, Vorsprünge usw.) umfasst.
Die Formen werden normalerweise aus Aluminium (für 1.000 bis 5.000 Einheiten) oder Werkzeugstahl (für über 100.000 Einheiten) CNC-bearbeitet. Für Kleinserien (<100 Einheiten) k?nnen die Formen sogar 3D-gedruckt werden, um die Vorlaufzeiten zu verkürzen.
Neben dem ?Negativ“ des Teils weist eine Form andere Merkmale auf, die den Spritzvorgang unterstützen. Beispielsweise enthalten Formen h?ufig Kühlkan?le, die den Erstarrungsprozess beschleunigen, und Entlüftungs?ffnungen, die dabei helfen, die Luft aus der leeren Form zu entfernen.
Interessante Tatsache: Etwa 50% der Dauer eines typischen Spritzgusszyklus‘ entfallen auf das Abkühlen und Erstarren der Teile. Das Minimieren der Dicke eines Designs ist der Schlüssel, um diesen Schritt zu beschleunigen und Kosten zu senken.
Die 2 Seiten der Form: A-Seite & B-Seite
Spritzgussteile haben zwei Seiten: die A-Seite, die dem Hohlraum zugewandt ist (vordere H?lfte der Form) und die B-Seite, die dem Kern zugewandt ist (hintere H?lfte der Form). Diese beiden Seiten dienen in der Regel unterschiedlichen Zwecken:
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- Die A-Seite hat in der Regel ein besseres visuelles Erscheinungsbild und wird oft als kosmetische Seite bezeichnet. Die Fl?chen auf der A-Seite sind glatt oder haben eine Textur nach Ihren Designvorgaben.
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- Die B-Seite enth?lt normalerweise die verborgenen (aber sehr wichtigen) Strukturelemente des Teils (die Vorsprünge, Rippen, Schnappverbindungen usw.). Aus diesem Grund wird sie als Funktionsseite bezeichnet. Die B-Seite hat oft eine rauhere Oberfl?che und sichtbare Spuren der Auswerferstifte.
Das Angusssystem
Der geschmolzene Kunststoff gelangt durch das Angusssystem in die Form. Das Angusssystem besteht normalerweise aus drei Hauptabschnitten: dem Anguss (dem Hauptkanal), den L?ufern (den Führungskan?len) und dem Anschnitt (den Eintrittspunkten).
Verschiedene Arten von Anschnitten eignen sich für verschiedene Anwendungen. Die Abbildung zeigt einen * Kantenanschnitt*, w?hrend die Quader unten mit einem Hei?anschnitt hergestellt wurden.
Das Angusssystem wird nach dem Auswerfen vom Teil abgeschnitten. Dies ist der einzige Materialabfall im Spritzguss, von dem 15-30% recycelt und wiederverwendet werden k?nnen.
Verschiedene Formenschleusen sind für unterschiedliche Anwendungen geeignet. Es gibt 4 Arten von Formenschleusen, die beim Spritzgie?en verwendet werden:
- Randschleusen spritzen Material an der Trennfuge der beiden Werkzeugh?lften ein und sind der am h?ufigsten verwendete Anschnitttyp. Das Angusssystem muss sp?ter manuell entfernt werden, wobei eine kleine Fehlstelle an der Einspritzstelle verbleibt.
- Tunnelschleusen injizieren Material unterhalb der Trennlinie. Das Angusssystem schnappt ab, wenn das Teil aus dem Werkzeug ausgesto?en wird, so dass eine manuelle Entnahme nicht mehr erforderlich ist. Dies macht diesen Anschnitttyp ideal für sehr gro?e Volumen.
- Hinterschleusen injizieren das Material von der Rückseite des Hohlraums und verbergen so die kleine Unvollkommenheit, die vom Brechen der anderen Schleusen übrig geblieben ist. Diese Anschnitte werden für Teile verwendet, die ein hervorragendes optisches Erscheinungsbild erfordern.
- Hot Tips spritzen Kunststoff von der Oberseite des Teils ein. Auf diese Weise wird kein Material auf dem Angusssystem verschwendet, was sie ideal für die Gro?serienproduktion macht, aber an der Einspritzstelle wird eine Vertiefung sichtbar.
Der Anguss
An dem Punkt, an dem das L?ufersystem mit dem Teil verbunden ist, ist normalerweise eine kleine Unvollkommenheit sichtbar, die als Anguss bezeichnet wird.
Wenn das Vorhandensein des Angusses aus ?sthetischen Gründen nicht erwünscht ist, kann er auch in der funktionalen B-Seite des Teils ?verborgen“ sein.
The clamping and ejection system
On the far side of an injection molding machine is the clamping system. The clamping system has a dual purpose: it keeps the 2 parts of the mold tightly shut during injection and it pushes the part out of the mold after it opens.
After the part is ejected, it falls onto a conveyor belt or a bucket for storage and the cycle starts over again.
Alignment of the different moving parts of the mold is never perfect though. This causes the creation of 2 common imperfections that are visible on almost every injection molded part:
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Parting lines which are visible on the side of a part where the 2 halves of the mold meet. They are caused by tiny misalignments and the slightly rounded edges of the mold.
-
Ejector (or witness) marks which are visible on the hidden B-side of the part. They are created because the ejector pins are slightly protruding above or indented below the surface of the mold.
?The image below shows the mold used to manufacture both sides of the casing for a remote controller. Quick quiz: try to locate the *core* (A-side), the *cavity* (B-side), the runner system, the ejector pins, the side-action core and the air vents on this mold.
Vorteile und Einschr?nkungen des Spritzgie?ens
Das Spritzgie?en ist eine etablierte Fertigungstechnologie mit einer langen Geschichte, die jedoch st?ndig weiterentwickelt und mit neuen technologischen Fortschritten verbessert wird.
Im Folgenden finden Sie eine kurze übersicht über die wichtigsten Vor- und Nachteile des Spritzgie?ens, um zu verstehen, ob dies die richtige L?sung für Ihre Anwendung ist.
Vorteile des Spritzgie?ens
Spritzgie?en ist die kostengünstigste Technologie zur Herstellung gro?er Mengen identischer Kunststoffteile. Sobald die Form erstellt und die Maschine eingerichtet ist, k?nnen zus?tzliche Teile sehr schnell und zu sehr geringen Kosten hergestellt werden.
Das empfohlene Mindestproduktionsvolumen für das Spritzgie?en betr?gt 500 Stück. Ab diesem Zeitpunkt beginnen sich Skaleneffekte bemerkbar zu machen, und die relativ hohen Anfangskosten für Werkzeuge wirken sich weniger stark auf den Stückpreis aus.
Nahezu jedes thermoplastische Material (und einige Duroplaste und Silikone) k?nnen spritzgegossen werden. Dies gibt eine sehr breite Palette verfügbarer Materialien mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften, mit denen gestaltet werden kann.
Spritzgussteile haben sehr gute physikalische Eigenschaften. Ihre Eigenschaften k?nnen durch Verwendung von Additiven (z. B. Glasfasern) oder durch Zumischen verschiedener Pellets (z. B. PC/ABS-Mischungen) angepasst werden, um das gewünschte Ma? an Festigkeit, Steifheit oder Schlagz?higkeit zu erreichen.
Der typische Spritzgusszyklus dauert 15 bis 60 Sekunden, abh?ngig von der Gr??e des Teils und der Komplexit?t der Form. Im Vergleich dazu kann die CNC-Bearbeitung oder der 3D-Druck Minuten bis Stunden ben?tigen, um dieselbe Geometrie zu erzeugen. Eine einzelne Form kann auch mehrere Teile aufnehmen, wodurch die Produktionskapazit?ten dieses Herstellungsprozesses weiter erh?ht werden.
Dies bedeutet, dass hunderte (oder sogar tausende) identische Teile pro Stunde hergestellt werden k?nnen.
Der Spritzgussprozess ist sehr gut wiederholbar und die produzierten Teile sind im Wesentlichen identisch. Natürlich tritt im Laufe der Zeit ein gewisser Verschlei? an der Form auf, aber eine typische vorl?ufige Aluminiumform hat eine Lebensdauer von 5.000 bis 10.000 Zyklen, w?hrend Gro?serienformen aus Werkzeugstahl mehr als 100.000 Zyklen aushalten k?nnen.
Typischerweise werden beim Spritzgie?en Teile mit Toleranzen von ± 0,500 mm hergestellt. Unter bestimmten Umst?nden sind auch engere Toleranzen bis zu ± 0,125 mm m?glich. Diese Genauigkeit ist für die meisten Anwendungen ausreichend und mit der CNC-Bearbeitung und dem 3D-Druck vergleichbar.
Eine wesentliche St?rke des Spritzgie?ens besteht darin, dass fertige Produkte hergestellt werden k?nnen, die nur wenig oder gar keine zus?tzliche Nachbearbeitung ben?tigen. Die Oberfl?chen der Form k?nnen sehr stark poliert werden, um spiegel?hnliche Teile zu erzeugen. Oder sie k?nnen perlgestrahlt werden, um strukturierte Oberfl?chen zu erzeugen. Die SPI-Normen geben den Grad der Endbearbeitung vor, der erreicht werden kann.
[Empfehlungen zur Verarbeitung/Materialvertr?glichkeit einholen →] (http://www.slotmm.online/knowledge-base/injection-molding-spi-surface-finishes “Injection molding SPI finish recomendations”)
Einschr?nkungen des Spritzgie?ens
Die wirtschaftliche Haupteinschr?nkung beim Spritzgie?en sind die hohen Werkzeugkosten. Da für jede Geometrie eine eigene Form angefertigt werden muss, sind die Anlaufkosten sehr hoch. Diese beziehen sich haupts?chlich auf das Design und die Herstellung der Form und variieren typischerweise zwischen 5.000 und 100.000 USD. Aus diesem Grund ist das Spritzgie?en nur für Produktionen über 500 Stück wirtschaftlich.
Nach der Herstellung einer Form ist deren Modifizierung sehr teuer: Konstruktions?nderungen erfordern in der Regel die Herstellung einer neuen Form von Grund auf. Aus diesem Grund ist es sehr wichtig, ein Teil für das Spritzgie?en richtig zu konstruieren.
In Teil 2 listen wir die wichtigsten Designaspekte auf, die Sie beim Entwurf für das Spritzgie?en berücksichtigen müssen. Mit Teil 5 erfahren Sie auch, wie Sie das Risiko verringern k?nnen, indem Sie physische Prototypen Ihrer Teile erstellen.
Die typische Bearbeitungszeit für das Spritzgie?en variiert zwischen 6 und 10 Wochen - 4 bis 6 Wochen für die Herstellung der Form, plus 2 bis 4 Wochen für die Produktion und den Versand. Wenn Konstruktions?nderungen am Modell erforderlich sind, was durchaus üblich ist, erh?ht sich die Bearbeitungszeit entsprechend.
Im Vergleich dazu k?nnen Teile, die in einem Desktop-3D-Drucker hergestellt wurden, über Nacht ausgeliefert werden, w?hrend industrielle 3D-Drucksysteme eine typische Vorlaufzeit von 3 bis 5 Tagen haben. CNC-gefr?ste Teile werden in der Regel innerhalb von 10 Tagen oder sogar innerhalb von 5 Tagen geliefert.
Beispiele für Spritzgussprodukte
Wenn Sie sich in diesem Moment umschauen, sehen Sie mindestens einige Produkte, die im Spritzgussverfahren hergestellt wurden. Wahrscheinlich sehen Sie sich gerade eines an: das Geh?use des Ger?ts, mit dem Sie diesen Führer lesen.
Um sie zu erkennen, achten Sie auf diese drei Punkte: eine Trennlinie, Auswurfspuren auf der verborgenen Seite und eine relativ gleichm??ige Wandst?rke im gesamten Teil.
Wir haben hier einige Beispiele gebr?uchlicher Spritzgussprodukte zusammengestellt, um ein besseres Verst?ndnis dafür zu erhalten, was mit diesem Herstellungsverfahren erreicht werden kann.
Legosteine
Legosteine sind eines der bekanntesten Beispiele für Spritzgussteile. Sie werden mit Formen wie der abgebildeten hergestellt, die 120 Millionen Legosteine (das sind 15 Millionen Zyklen) produzierte, bevor sie au?er Betrieb genommen wurde.
Das für Legosteine verwendete Material ist ABS aufgrund seiner hohen Schlagfestigkeit und ausgezeichneten Formbarkeit. Jeder einzelne Stein wurde perfekt konstruiert, um Toleranzen von bis zu 10 Mikrometern (oder einem Zehntel menschlicher Haare) zu erreichen. Dies wird teilweise durch die Verwendung der besten Entwurfspraktiken erreicht, die wir im n?chsten Abschnitt untersuchen werden (einheitliche Wandst?rke, Entwurfswinkel, Rippen, gepr?gter Text usw.).
Flaschenverschlüsse
Viele Kunststoffverpackungen werden im Spritzgussverfahren hergestellt. Tats?chlich ist das Verpackungswesen der gr??te Markt für den Spritzguss.
Beispielsweise werden Flaschenverschlüsse aus Polypropylen spritzgegossen. Polypropylen (PP) hat eine hervorragende chemische Best?ndigkeit und ist für den Kontakt mit Lebensmitteln geeignet.
Auf Flaschenverschlüssen k?nnen Sie auch alle g?ngigen Spritzgussfehler (Trennlinie, Auswurfspuren usw.) und die g?ngigen Konstruktionsmerkmale (Rippen, Freistreifen usw.) erkennen.
Modellflugzeuge
Modellflugzeuge sind ein weiteres bekanntes Beispiel für Spritzgussteile. Das hier verwendete Material ist haupts?chlich Polystyrol (PS), da es kostengünstig und leicht zu formen ist.
Interessant an Modellflugzeug-Baus?tzen ist, dass das Angusssystem noch angebracht ist. So k?nnen Sie den Weg sehen, den der geschmolzene Kunststoff zurückgelegt hat, um die leere Form zu füllen.
Autoteile
Nahezu jedes Kunststoffbauteil im Innenraum eines Autos wurde spritzgegossen. Die drei in der Automobilindustrie am h?ufigsten verwendeten Spritzgussmaterialien sind Polypropylen (PP) für unkritische Teile, PVC für seine gute Witterungsbest?ndigkeit und ABS für seine hohe Schlagz?higkeit.
Mehr als die H?lfte der Kunststoffteile eines Autos besteht aus einem dieser Materialien, einschlie?lich der Sto?stangen, der inneren Karosserieteile und der Armaturenbretter.
Unterhaltungselektronik
Die Geh?use fast aller in Serie hergestellten Unterhaltungselektronikger?te werden spritzgegossen. Hier werden ABS und Polystyrol (HDPE) wegen ihrer hervorragenden Schlagz?higkeit und guten elektrischen Isolation bevorzugt.
Medizinische Ger?te
Viele sterilisierbare und biokompatible Materialien sind für das Spritzgie?en verfügbar.
Medizinisches Silikon ist eines der beliebtesten Materialien in der Medizinbranche. Da Silikon ein Duroplast ist, sind spezielle Maschinen und Prozesskontrollen erforderlich, was die Kosten erh?ht.
Für Anwendungen mit weniger strengen Anforderungen sind andere Materialien wie ABS, Polypropylen (PP) und Polyethylen (PE) üblicher.
Part 2
Design für den Spritzguss
In diesem Abschnitt erfahren Sie, wie Sie Ihre Konstruktionen für das Spritzgie?en optimieren k?nnen.
Verwenden Sie die folgenden Leitlinien, um Zeit zu sparen und Ausf?lle zu reduzieren, und lernen Sie, wie Sie Merkmale erstellen, die die Funktionalit?t Ihrer Designs maximieren.
H?ufige Spritzgussdefekte
Die meisten Defekte beim Spritzgie?en h?ngen entweder mit dem Flie?en des geschmolzenen Materials oder seiner ungleichm??igen Abkühlgeschwindigkeit w?hrend des Erstarrens zusammen.
Hier ist eine Liste von Fehlern, die ein Ingenieur beim Entwerfen eines Teils für das Spritzgie?en berücksichtigen sollte. Im n?chsten Abschnitt erfahren Sie, wie Sie diese vermeiden k?nnen, indem Sie die bew?hrten Entwurfspraktiken befolgen.
Verziehen
Wenn bestimmte Abschnitte schneller abkühlen (und dadurch schrumpfen) als andere, kann sich das Teil aufgrund innerer Spannungen dauerhaft verziehen.
Teile mit nicht konstanter Wandst?rke neigen am st?rksten zum Verziehen.
Sinkstellen
Wenn sich das Innere eines Teils vor seiner Oberfl?che verfestigt, kann eine kleine Vertiefung in einer ansonsten ebenen Oberfl?che auftreten, die als Sinkstelle bezeichnet wird.
Teile mit dicken W?nden oder schlecht geformten Rippen neigen am ehesten zu Sinkstellen.
Ziehspuren
Wenn der Kunststoff schrumpft, übt er Druck auf die Form aus. W?hrend des Auswurfs gleiten und kratzen die W?nde des Teils gegen die Form, was zu Abriebspuren führen kann.
Teile mit senkrechten W?nden (und ohne Verzugswinkel) sind am anf?lligsten für Spuren.
Grenzlinien
Wenn sich zwei Materialflüsse treffen, k?nnen sich kleine haarartige Verf?rbungen entwickeln. Diese Grenzlinien wirken sich einerseits auf die ?sthetik der Teile aus, verringern jedoch im Allgemeinen auch die Festigkeit des Teils.
Teile mit abrupten Geometrie?nderungen oder L?chern neigen eher zu Grenzlinien.
Kurzteile
In der Form eingeschlossene Luft kann den Materialfluss w?hrend des Einspritzens behindern, was zu einem unvollst?ndigen Teil führt. Gutes Design kann die Flie?f?higkeit des geschmolzenen Kunststoffs verbessern.
Teile mit sehr dünnen W?nden oder schlecht geformten Rippen neigen eher zu verkürzten Teilen.
Umgang mit Hinterschneidungen
Ein wichtiger Aspekt beim Entwerfen von Teilen für das Spritzgie?en sind Hinterschneidungen.
Hinterschneidungen beim Spritzgie?en sind Teilemerkmale, die mit einer einfachen zweiteiligen Form nicht hergestellt werden k?nnen, da beim ?ffnen der Form oder beim Auswerfen Material im Weg w?re.
Die Z?hne eines Gewindes oder der Haken einer Schnappverbindung sind Beispiele für Hinterschneidungen. Im Folgenden finden Sie einige einfache L?sungen für den Umgang mit Hinterschneidungen:
Absperrungen verwenden
Eine andere M?glichkeit, mit Hinterschneidungen umzugehen, besteht darin, Material unter oder über dem Problembereich zu entfernen. Auf diese Weise wird die Hinterschneidung beseitigt, da das gesamte Teil direkt von der Form getragen werden kann.
Absperrungen sind ein nützlicher Trick, um mit Hinterschneidungen an Innenbereichen des Teils (für Schnappverbindungen) oder an den Seiten des Teils (für L?cher oder Griffe) umzugehen.
Im Folgenden sind einige Beispiele dafür aufgeführt, wie Spritzgussteile so umgestaltet werden k?nnen, dass Hinterschneidungen vermieden werden: Im Wesentlichen wird im Bereich unter der Hinterschneidung Material entfernt, wodurch das Problem vollst?ndig beseitigt wird.
Trennlinie verschieben
Die einfachste M?glichkeit, mit einer Hinterschneidung umzugehen, besteht darin, die Trennlinie der Form so zu verschieben, dass sie diese schneidet.
Diese L?sung eignet sich für viele Designs mit Hinterschneidungen auf einer Au?enfl?che. Vergessen Sie nicht, die Verzugswinkel entsprechend anzupassen.
Hinterschneidungen entfernen
Wenn das Teil flexibel genug ist, kann es beim Auswerfen über die Form verformt werden. Das Abstreifen von Hinterschneidungen wird für interne Merkmale wie das Gewinde von Flaschenverschlüssen verwendet.
Verwenden Sie diese Leitlinien, um Hinterschneidungen für das Abstreifen zu entwerfen:
● W?hlen Sie ein flexibles Material - wie PP, PE oder Nylon (PA)
● Die H?he der Hinterschneidung sollte 5% des Lochdurchmessers betragen
● Verwenden Sie einen Steigungswinkel von 30° bis 45°
Es wird empfohlen, das Abstreifen von Hinterschneidungen bei Teilen aus faserverst?rktem Kunststoff zu vermeiden. Typischerweise k?nnen flexible Kunststoffe wie PP, HDPE oder Nylon (PA) Hinterschneidungen von bis zu 5% ihres Durchmessers tolerieren.
Seitenkerne
Wenn keine der oben genannten L?sungen durchführbar ist, k?nnen Kerne verwendet werden, die von der Seite aus dem Teil herausgleiten, bevor es ausgeworfen wird.
Seitenkerne sollten sparsam eingesetzt werden, da sie die Komplexit?t erh?hen und die Gesamtkosten einer Form um 15% bis 30% erh?hen.
Befolgen Sie diese Richtlinien beim Entwerfen eines Seitenkerns:
● Der Kern muss sich parallel zur Trennlinie bewegen
● Entwurfswinkel müssen wie gewohnt hinzugefügt werden
G?ngige Designeigenschaften
Nachstehend finden Sie praktische Leitlinien für die Gestaltung der h?ufigsten Merkmale von Spritzgussteilen. Verwenden Sie sie, um die Funktionalit?t Ihrer Entwürfe zu verbessern und gleichzeitig die grundlegenden Entwurfsregeln einzuhalten.
Befestigungselemente mit Gewinde (Vorsprünge und Eins?tze)
Es gibt 3 M?glichkeiten, einem Spritzgussteil Verbindungselemente hinzuzufügen: durch die Gestaltung eines Gewindes direkt auf dem Teil, durch das Hinzufügen eines Vorsprungs, an dem die Schraube befestigt werden kann, oder durch das Einfügen eines Gewindeeinsatzes.
Die Modellierung eines Gewindes direkt auf dem Teil ist m?glich, aber nicht empfehlenswert, da die Z?hne des Gewindes im Wesentlichen Hinterschnitte sind, was die Komplexit?t und die Kosten der Form drastisch erh?ht (auf Hinterschnitte wird in einem sp?teren Abschnitt n?her eingegangen). Ein Beispiel für ein Spritzgussteil mit einem Gewinde sind Flaschenverschlüsse.
Bossen
Bossen (Vorsprünge) werden als Befestigungspunkte verwendet (in Verbindung mit selbstschneidenden Schrauben oder Gewindeeins?tzen).
Stellen Sie sich Bossen als kreisf?rmige Rippen vor - es gelten dieselben allgemeinen Gestaltungsrichtlinien. Dabei sind folgende Faktoren zu berücksichtigen:
● Vermeiden Sie es, Bossen zu entwerfen, die in Hauptw?nde übergehen
● Stützen Sie die Bossen mit Rippen ab oder verbinden Sie sie mit einer Hauptwand
Für Bossen mit Eins?tzen:
● Verwenden Sie einen Au?endurchmesser, der 2 × der Nenngr??e des Einsatzes entspricht.
Wenn Vorsprünge als __Befestigungspunkte__ verwendet werden, sollte der Au?endurchmesser des Vorsprungs doppelt so gro? sein wie der Nenndurchmesser der Schraube oder des Einsatzes und sein Innendurchmesser gleich dem Durchmesser des Schraubenkerns. Das Loch des Vorsprungs sollte sich bis zur Ebene der Basiswand erstrecken, auch wenn nicht die volle Tiefe für die Montage ben?tigt wird, um eine __gleichm??ige Wandst?rke__ im gesamten Feature zu erhalten. Fügen Sie eine Fase zum einfachen Einführen der Schraube oder des Einsatzes hinzu.
__Für beste Ergebnisse:__
Gewinde
Gewinde k?nnen direkt zur Formteilkonstruktion hinzugefügt werden, es werden dabei jedoch Hinterschneidungen eingeführt. Alternativ k?nnen Gewindeeins?tze verwendet werden.
Befolgen Sie folgende Leitlinien, wenn Sie Teile mit Gewinden konstruieren:
● Fügen Sie an den Kanten des Gewindes ein Relief von 0,8 mm hinzu
● Verwenden Sie ein Gewinde mit einer Steigung von mehr als 0,8 mm (32 Gewindeg?nge pro Zoll).
● Verwenden Sie vorzugsweise ein Gewinde mit Trapezform oder S?gezahnform.
So gehen Sie mit den erstellten Hinterschneidungen um:
● Ziehen Sie bei Innengewinden in Betracht, Hinterschneidungen zu entfernen
● Platzieren Sie Au?engewinde entlang der Trennlinie
__Für beste Ergebnisse:__
Beste Art und Weise, mit den entstandenen Hinterschnitten umzugehen:
Rippen
Wenn selbst die maximale empfohlene Wandst?rke nicht ausreicht, um die funktionalen Anforderungen eines Teils zu erfüllen, k?nnen Rippen verwendet werden, um dessen Steifigkeit zu erh?hen.
Bei der Gestaltung von Rippen gilt:
● Verwenden Sie eine Dicke von 0,5 × der Hauptwandst?rke
● Definieren Sie eine H?he, die kleiner als 3 × die Rippendicke ist
● Verwenden Sie eine Grundrundung mit einem Radius gr??er als ? × Rippendicke
● Fügen Sie einen Verzugswinkel von mindestens 0,25° - 0,5° hinzu
● Fügen Sie eine min. Abstand zwischen Rippen und W?nden von 4 × der Rippendicke ein
Schnappverbindungen
Schnappverbindungen sind eine kostengünstige und schnelle M?glichkeit, zwei Teile ohne Befestigungselemente oder Werkzeuge zu verbinden.
Bei der Gestaltung von Schnappverschlüssen für das Spritzgie?en gilt:
● Fügen Sie den Seitenw?nden des Schnappverschlusses einen Luftzug hinzu
● Verwenden Sie eine Dicke von 0,5 × Hauptwandst?rke
● Passen Sie die Breite und L?nge an, um die Durchbiegung und Kraft zu steuern
● überlegen Sie, wie Sie mit der erstellten Hinterschneidung umgehen sollen
Detaillierte Richtlinien finden Sie in diesem Artikel vom MIT.
Im obigen Beispiel wird die gebr?uchlichste Schnappverbindung (bekannt als __Kragarm-Schnappverbindung__) gezeigt. Wie bei den Rippen fügen Sie Ihren Schnappverbindungen einen Zugwinkel hinzu und verwenden eine Mindestdicke von 0,5x der Wandst?rke.
Spezifische Richtlinien für die Konstruktion von Schnappverbindungen ist ein gro?es Thema, das den Rahmen dieses Artikels sprengt. Ausführlichere Informationen finden Sie in diesem Artikel von MIT.
Für beste Ergebnisse:
Folienscharniere
Folienscharniere sind dünne Kunststoffabschnitte, die zwei Segmente eines Teils verbinden und gebogen und geklappt werden k?nnen.
Im Folgenden finden Sie einige Tipps zum Entwerfen eines Folienscharniers:
● W?hlen Sie ein flexibles Material (zum Beispiel PP, PE oder Nylon)
● Entwerfen Sie die Scharniere mit einer Dicke zwischen 0,20 und 0,35 mm
● Verwenden Sie Schultern mit einer Dicke, die der Dicke der Hauptwand entspricht
● Fügen Sie so gro?e Füllungen wie m?glich hinzu
A well-designed hinge is shown below. The?recommended minimum thickness?of the hinge ranges between 0.20 and 0.35 mm, with higher thicknesses resulting in more durable, but stiffer, parts.
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*Example of a living hinge (left) and recommended design dimensions for PP or PE (right)*
Before going to full-scale production, prototype your living hinges using
CNC machining or
3D printing to determine the geometry and stiffness that best fits your application. Add generous fillets and design shoulders with a uniform wall thickness as the main body of the part to improve the material flow in the mold and minimize the stresses. Divide hinges longer than 150 mm in two (or more) to improve lifetime.
For detailed guidelines, please refer to this MIT guide.
For best results:
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Design hinges with a thickness between 0.20 and 0.35 mm
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Select a flexible material (PP, PE or PA) for parts with living hinges
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Use shoulders with a thickness equal the thickness of the main wall
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Add fillets as large as possible
Quetschrippen
Quetschrippen verformen sich und erzeugen Reibung zwischen dem Teil und dem eingesetzten Bauteil, wodurch es an seinem Platz gesichert wird.
Sie sind eine schnelle und kostengünstige Methode, um Lager oder andere Eins?tze in Ihre Konstruktionen einzubauen. Verwenden Sie für High-End-Anwendungen stattdessen eine Presspassung.
Beim Entwerfen von Quetschrippen gilt:
● Verwenden Sie drei kreisf?rmige Rippen mit einem Radius von 2 mm
● Fügen Sie eine minimale überlappung von 0,25 mm zwischen Rippe und Einsatz hinzu
● Fügen Sie dem Loch einen Luftzug hinzu, verziehen Sie jedoch nicht die Rippen
Ein Beispiel für ein Teil mit Quetschrippen ist unten dargestellt. Die Verwendung von drei Quetschrippen wird empfohlen, um eine gute Ausrichtung zu gew?hrleisten. Die empfohlene H?he/Radius für jede Rippe betr?gt 2 mm. Fügen Sie ein Mindestüberma? von 0,25 mm zwischen der Quetschrippe und dem eingebauten Teil hinzu. Wegen des geringen Oberfl?chenkontakts mit der Form k?nnen Quetschrippen ohne einen Entformungswinkel entworfen werden.
__Für beste Ergebnisse:__
Schrift und Symbole
Text, Logos und andere Symbole k?nnen auf der Oberfl?che von Spritzgussteilen eingraviert oder gepr?gt werden.
Hier einige Tipps zum Hinzufügen von Text:
● Pr?gen ist besser Gravieren
● Richten Sie den Text senkrecht zur Trennlinie aus
● Verwenden Sie eine H?he (oder Tiefe) von mehr als 0,5 mm
● Verwenden Sie eine Schrift mit einheitlicher Schriftst?rke
● Die Schriftgr??e sollte mindestens 20 Punkte betragen
Für beste Ergebnisse:
Toleranzen
Das Spritzgie?en erzeugt typischerweise Teile mit Toleranzen von ± 0,500 mm.
Engere Toleranzen sind unter bestimmten Umst?nden m?glich (bis zu ± 0,125 mm - und sogar ± 0,025 mm), erh?hen jedoch die Kosten drastisch.
Bei kleinen Serien (< 10.000 Teile) sollten Sie eine zweite Operation (z. B. Bohren) in Betracht ziehen, um die Genauigkeit zu verbessern. Dies stellt die korrekte Interaktion des Teils mit anderen Bauteilen oder Eins?tzen sicher (z. B. bei Verwendung von Presspassungen).
Designregeln für das Spritzgie?en
Lassen Sie uns sehen, wie diese Prozessbeschr?nkungen in umsetzbare Gestaltungsrichtlinien umgesetzt werden k?nnen.
In den folgenden Abschnitten fassen wir die wichtigsten Designregeln für die Konstruktion von Spritzgussteilen sowie Tipps zur korrekten Konstruktion der h?ufigsten Merkmale von Spritzgussteilen zusammen.
Lesen Sie die vollst?ndigen Gestaltungsleitlinien für Spritzguss →
Verwenden Sie eine konstante Wandst?rke
Empfohlene Dicke: 1 mm und 3 mm
Konstruieren Sie Teile immer mit der kleinstm?glichen (und konstanten) Wandst?rke, um Verwerfungen und Einsenkungen zu vermeiden.
Wenn dickere Querschnitte erforderlich sind, h?hlen Sie diese aus und versteifen Sie diese stattdessen mit Rippen (#common-design-features). Beachten Sie, dass jede Erh?hung der Wandst?rke um 10% zu einer Erh?hung der Steifigkeit um ca. 30% führt.
Siehe Empfehlungen für materialspezifische Wandst?rken →
Eine Wanddicke zwischen 1,2 mm und 3 mm ist ein sicherer Wert für die meisten Materialien. Die n?chste Tabelle fasst spezifische __empfohlene Wanddicken__ für einige der gebr?uchlichsten Spritzgussmaterialien zusammen:
| Material | Empfohlene Wandst?rke [mm] | Empfohlene Wandst?rke [inches] |
|---|---|---|
| Polypropylene (PP) | 0.8 - 3.8 mm | 0.03'' - 0.15'' |
| ABS | 1.2 - 3.5 mm | 0.045'' - 0.14'' |
| Polyethylene (PE) | 0.8 - 3.0 mm | 0.03'' - 0.12'' |
| Polystyrene (PS) | 1.0 - 4.0 mm | 0.04'' - 0.155'' |
| Polyurethane (PUR) | 2.0 - 20.0 mm | 0.08'' - 0.785'' |
| Nylon (PA 6) | 0.8 - 3.0 mm | 0.03'' - 0.12'' |
| Polycarbonate (PC) | 1.0 - 4.0 mm | 0.04'' - 0.16'' |
| PC/ABS | 1.2 - 3.5 mm | 0.045'' - 0.14'' |
| POM (Delrin) | 0.8 - 3.0 mm | 0.03'' - 0.12'' |
| PEEK | 1.0 - 3.0 mm | 0.04'' - 0.12'' |
| Silikon | 1.0 - 10.0 mm | 0.04'' - 0.40'' |
Für beste Ergebnisse:_
Dickere Abschnitte aush?hlen
Dicke Abschnitte k?nnen zu verschiedenen Defekten führen, einschlie?lich Verziehen und Absinken. Es ist wichtig, die maximale Dicke eines beliebigen Abschnitts Ihres Entwurfs auf die empfohlenen Werte zu beschr?nken, indem Sie ihn hohl machen.
Um die Festigkeit von Hohlprofilen zu verbessern, verwenden Sie Rippen, um Strukturen mit gleicher Festigkeit und Steifigkeit, aber reduzierter Wanddicke zu entwerfen. Ein gut konstruiertes Teil mit Hohlprofilen ist unten dargestellt:
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Rippen k?nnen auch verwendet werden, um die Steifigkeit __horizontaler Abschnitte__ zu verbessern, ohne ihre Dicke zu erh?hen. Beachten Sie jedoch, dass die Wanddickenbeschr?nkungen weiterhin gelten. Das überschreiten der empfohlenen Rippendicke (siehe unten) kann zu Einfallstellen führen.
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Für beste Ergebnisse:
Glatte überg?nge hinzufügen
Empfohlen: 3 × Wandst?rkendifferenz
Manchmal lassen sich Querschnitte mit unterschiedlichen Wandst?rken nicht vermeiden. Verwenden Sie in diesen F?llen eine Fase oder Verrundung, um den übergang so glatt wie m?glich zu gestalten.
Ebenso muss die Basis vertikaler Merkmale (wie Rippen, Vorsprünge, Schnappverschlüsse) immer abgerundet sein.
Alle Kanten abrunden
Innenkanten:> 0,5 × Wandst?rke
Au?enkanten: Innenkante + Wandst?rke
Die Regel der konstanten Wandst?rke muss auch auf die Ecken des Teils angewendet werden. Fügen Sie an allen Innen- und Au?enkanten eine Verrundung mit einem m?glichst gro?en Radius hinzu.
<center>*Fügen Sie breite Radien an allen Kanten hinzu, um eine gleichm??ige Wandst?rke zu erhalten und Fehler zu vermeiden*</center>
Für beste Ergebnisse:
Entformungswinkel hinzufügen
Empfohlenes Minimum:> 2°
Fügen Sie allen vertikalen W?nden einen Entformungswinkel hinzu, um das Auswerfen des Teils zu erleichtern und Zugspuren zu vermeiden. Wenn sie einem funktionalen Zweck dienen, k?nnen die Au?enw?nde unbearbeitet bleiben (siehe Legosteine).
Erh?hen Sie den Entformungswinkel in den folgenden F?llen über den empfohlenen Wert:
● Erh?hen Sie ihn bei Teilen, die gr??er als 50 mm sind, alle 25 mm um 1°
● Erh?hen Sie den Entformungswinkel für strukturierte Teile um 1° -2°
Eine gute Faustregel ist es, den Entformungswinkel um einen Grad pro 25 mm zu erh?hen. Fügen Sie zum Beispiel einen Entformungswinkel von 3o Grad zu einem 75 mm hohen Feature hinzu. Ein gr??erer Entformungswinkel sollte verwendet werden, wenn das Teil eine texturierte Oberfl?che hat. Als Faustregel gilt: Fügen Sie zu den Ergebnissen der obigen Berechnungen 1 o bis 2 o Grad hinzu.
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Denken Sie daran, dass auch für Rippen Zugwinkel erforderlich sind. Beachten Sie jedoch, dass durch das Hinzufügen eines Winkels die Dicke der Rippenoberseite reduziert wird. Stellen Sie also sicher, dass Ihr Entwurf die empfohlene Mindestwandst?rke einh?lt.
__Für beste Ergebnisse:__
Part 3
Kunststoff Spritzguss: Materialien
Spritzguss ist mit einer Vielzahl von Kunststoffen m?glich. In diesem Abschnitt erfahren Sie mehr über die wichtigsten Eigenschaften der beliebtesten Materialien. Wir gehen auch auf die Standardoberfl?chen ein, die für Spritzgussteile verwendet werden k?nnen.
Spritzgussmaterialien
Alle Thermoplaste k?nnen spritzgegossen werden. Einige Duroplaste und Flüssigsilikone sind ebenfalls für das Spritzgussverfahren geeignet.
Sie k?nnen auch mit Fasern, Kautschukpartikeln, Mineralien oder Flammschutzmitteln vermischt werden, um ihre physikalischen Eigenschaften zu ?ndern. Zum Beispiel kann Glasfaser mit den Pellets in Verh?ltnissen von 10%, 15% oder 30% gemischt werden, was zu Teilen mit h?herer Steifheit führt.
Ein Additiv, das üblicherweise verwendet wird, um die Steifigkeit der Spritzgussteile zu verbessern, ist Glasfaser. Die Glasfasern k?nnen in einem Verh?ltnis von 10%, 15% oder 30% mit dem Granulat gemischt werden, wodurch sich unterschiedliche mechanische Eigenschaften ergeben.
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Farbstoff kann der Mischung hinzugefügt werden (in einem Verh?ltnis von etwa 3%), um eine gro?e Vielfalt an farbigen Teilen zu erzeugen. Zu den Standardfarben geh?ren Rot, Grün, Gelb, Blau, Schwarz und Wei?, und sie k?nnen gemischt werden, um verschiedene Schattierungen zu erzeugen.
Oberfl?chen- und SPI-Standards
Spritzgussteile werden in der Regel nicht nachbearbeitet, sondern die Form selbst kann unterschiedlich endbearbeitet werden.
Auf diese Weise k?nnen ?sthetische Anforderungen (z. B. eine spiegelglatte oder matte Oberfl?che) oder technische Anforderungen (z. B. spezifische Oberfl?chenrauheit oder Toleranzen) erfüllt werden.
Die Society of Plastics Industry (SPI) hat verschiedene Standardveredelungsverfahren eingeführt, die zu unterschiedlichen Oberfl?chenveredelungen von Teilen führen.
| Oberfl?che | Beschreibung | Anwendung |
|---|---|---|
| Gl?nzende Oberfl?che SPI-Standard: A-1, A-2, A-3 |
Die Form wird gegl?ttet und anschlie?end mit einem Diamantschliff poliert, wodurch Teile mit einer spiegelnden Oberfl?che erhalten werden. | Geeignet für Teile, die für kosmetische oder funktionelle Zwecke die glatteste Oberfl?che ben?tigen (Ra <0,10 μm) |
| Halbgl?nzende Oberfl?che SPI-Standard: B-1, B-2, B-3 |
Die Form wird mit feink?rnigem Schleifpapier gegl?ttet, wodurch Teile mit einer feinen Oberfl?chenbeschaffenheit erhalten werden. | Geeignet für Teile, die ein gutes optisches Erscheinungsbild, aber keinen Hochglanz erfordern. |
| Matte Oberfl?che SPI-Standard: C-1, C-2, C-3 |
Die Form wird mit feinem Steinpulver gegl?ttet, wobei alle Bearbeitungsspuren entfernt werden. | Geeignet für Teile mit geringen ?sthetischen Anforderungen, aber wenn Bearbeitungsspuren nicht akzeptabel sind. |
| Texturierte Oberfl?che SPI-Standard: D-1, D-2, D-3 |
Die Form wird zuerst mit feinem Steinpulver gegl?ttet und dann sandgestrahlt, wodurch eine strukturierte Oberfl?che entsteht. | Geeignet für Teile, die eine seidenmatte oder matt strukturierte Oberfl?che ben?tigen. |
| Oberfl?che ab Maschine | Die Form wird nach Ermessen des Maschinenführers fertiggestellt. Werkzeugspuren k?nnen sichtbar sein. | Geeignet für nicht kosmetische, industrielle Teile oder versteckte Komponenten. |
Part 4
Kostensenkungstipps
Erfahren Sie mehr über die wichtigsten Kostentreiber beim Spritzgie?en und drei umsetzbare Designtipps, mit denen Sie die Kosten senken und Ihr Projekt im Rahmen Ihres Budgets halten k?nnen.
Kostentreiber im Spritzguss
Die Hauptkostentreiber im Spritzguss sind:
- Werkzeugkosten bestimmt durch die Gesamtkosten für Entwurf und Bearbeiten des Formwerkzeugs
- Materialkosten bestimmt durch das Volumen des verwendeten Materials und dessen Preis pro Kilogramm
- Produktionskosten richten sich nach der Gesamtbetriebszeit der Spritzgie?maschine
Die Werkzeugkosten sind konstant (von 3.000 bis 5.000 USD) und unabh?ngig von der Gesamtzahl der hergestellten Teile, w?hrend die Material- und Produktionskosten vom Produktionsvolumen abh?ngen.
Bei kleineren Produktionsserien (1.000 bis 10.000 Stück) haben die Werkzeugkosten den gr??ten Einfluss auf die Gesamtkosten (ca. 50-70%). Es lohnt sich also, Ihr Design entsprechend zu ?ndern, um den Herstellungsprozess der Form zu vereinfachen (und damit die Kosten zu senken).
Bei gr??eren Stückzahlen bis zur Gro?serienproduktion (10.000 bis über 100.000 Stück) wird der Beitrag der Werkzeugkosten zu den Gesamtkosten durch die Material- und Produktionskosten übertroffen. Ihr Hauptanliegen bei der Entwicklung sollte es daher sein, sowohl das Volumen als auch die Zeit des Spritzgusszyklus‘ zu minimieren.
Hier haben wir einige Tipps zusammengestellt, mit denen Sie die Kosten Ihres Spritzgussprojekts minimieren k?nnen.
Tipp 1: Halten Sie sich an die gerade Ziehform
Seitenkerne und andere Mechanismen in der Form k?nnen die Werkzeugkosten schnell um 15% bis 30% erh?hen. Dies entspricht einem zus?tzlichen Mindestaufwand für die Werkzeuge von ca. 1.000 bis 1.500 US-Dollar.
In einem früheren Abschnitt haben wir M?glichkeiten untersucht, mit Hinterschneidungen umzugehen. Um Ihr Produktionsbudget einzuhalten, sollten Sie keine Seitenkerne und andere Mechanismen verwenden, es sei denn, dies ist unbedingt erforderlich.
Tipp #2: Gestalten Sie das Spritzgussteil neu, um Hinterschneidungen zu vermeiden
Hinterschnitte erh?hen immer die Kosten und Komplexit?t sowie die Wartung der Form. Eine geschickte Umgestaltung kann Hinterschnitte oft beseitigen.
Tipp #3: Verkleinern Sie das Spritzgussteil
Kleinere Teile k?nnen schneller gegossen werden, was zu einem h?heren Produktionsaussto? führt und die Kosten pro Teil senkt. Kleinere Teile führen auch zu geringeren Materialkosten und reduzieren den Preis der Form.
Tipp #4: Passen Sie mehrere Teile in eine Form ein
In einem vorherigen Abschnitt haben wir gesehen, dass das Einpassen mehrerer Teile in dieselbe Form eine g?ngige Praxis ist. Normalerweise passen sechs bis acht kleine identische Teile in ein und dieselbe Form, was die Gesamtproduktionszeit um etwa 80% verkürzt.
Teile mit unterschiedlichen Geometrien k?nnen auch in die gleiche Form passen (siehe Beispiel Modellflugzeug). Dies ist eine gro?artige L?sung zur Reduzierung der Gesamtkosten einer Baugruppe. Wie die Teile nicht sein sollten
Hier eine fortgeschrittene Technik:
In einigen F?llen ist der Hauptteil von zwei Teilen einer Baugruppe derselbe. Mit kreativem Design k?nnen Sie Verriegelungspunkte oder Scharniere an symmetrischen Stellen erstellen, die das Teil im Wesentlichen spiegeln. Auf diese Weise k?nnen beide H?lften mit derselben Form hergestellt werden, wodurch sich die Werkzeugkosten halbieren.
Tipp #5: Vermeiden Sie kleine Details
Die Herstellung einer Form mit kleinen Details erfordert l?ngere Bearbeitungs- und Nachbearbeitungszeiten. Der Text ist ein Beispiel dafür und kann sogar spezielle Bearbeitungstechniken wie die Funkenerosion (EDM) erfordern, was zu h?heren Kosten führt.
Tipp #6: Verwenden Sie minderwertige Oberfl?chen
Oberfl?chenbehandlungen werden in der Regel von Hand auf die Form aufgetragen, was ein teurer Prozess sein kann, insbesondere bei hochwertigen Oberfl?chenbehandlungen. Wenn Ihr Teil nicht für den kosmetischen Gebrauch bestimmt ist, sollten Sie keine kostspielige hochwertige Oberfl?chenbehandlung vornehmen.
Tipp #7: Minimieren Sie das Teilevolumen, indem Sie die Wandst?rke verringern
Die Reduzierung der Wandst?rke Ihres Teils ist der beste Weg, um das Teilevolumen zu minimieren. Auf diese Weise wird nicht nur weniger Material verbraucht, sondern auch der Spritzgusszyklus wird erheblich beschleunigt.
Zum Beispiel kann die Reduzierung der Wandst?rke von 3 mm auf 2 mm die Zykluszeit um 50% bis 75% reduzieren.
Durch dünnere W?nde kann die Form schneller gefüllt werden. Noch wichtiger ist, dass Teile, die dünner sind, viel schneller abkühlen und erstarren. Denken Sie daran, dass etwa die H?lfte des Spritzgusszyklus für die Verfestigung des Teils aufgewendet wird, w?hrend die Maschine im Leerlauf bleibt.
Es muss darauf geachtet werden, die Steifigkeit des Teils nicht zu stark zu verringern und seine mechanische Leistung nicht zu beeintr?chtigen. Rippen k?nnen an wichtigen Stellen verwendet werden, um die Steifigkeit zu erh?hen.
Tipp #8: Sekund?rbearbeitungen in Betracht ziehen
Bei kleineren Produktionsvolumen (weniger als 1000 Teile) kann es kostengünstiger sein, einen sekund?ren Arbeitsgang zur Fertigstellung Ihrer Spritzgussteile einzusetzen. Beispielsweise k?nnten Sie nach dem Gie?en ein Loch bohren, anstatt eine teure Form mit seitlich wirkenden Kernen zu verwenden.
Part 5
Mit dem Spritzguss starten
Wie geht es weiter, wenn Ihr Design fertig und für das Spritzgie?en optimiert ist? In diesem Abschnitt führen wir Sie durch die Schritte, die erforderlich sind, um mit der Herstellung im Spritzgussverfahren zu beginnen.
Schritt 1: Klein anfangen und schnell Prototypen erstellen
Bevor Sie sich für teure Spritzgusswerkzeuge entscheiden, erstellen und testen Sie zun?chst einen funktionalen Prototyp Ihres Designs.
Dieser Schritt ist entscheidend für die Einführung eines erfolgreichen Produkts. Auf diese Weise k?nnen Entwurfsfehler frühzeitig erkannt werden, w?hrend die ?nderungskosten immer noch niedrig sind.
Es gibt drei L?sungen für das Prototyping:
- 3D-Druck (mit SLS, SLA oder Material Jetting)
- CNC-Bearbeitung für Kunststoff
- Kleinserien-Spritzguss mit 3D-gedruckten Formen
Diese drei Prozesse k?nnen realistische Prototypen für Form und Funktion erzeugen, die dem Aussehen des fertigen Spritzgussprodukts sehr ?hnlich sind.
Verwenden Sie die nachstehenden Informationen als schnelle Vergleichsanleitung, um zu entscheiden, welche L?sung für Ihre Anwendung am besten geeignet ist.
Prototyping mit 3D-Druck
Mindestmenge: 1 Teil
Typische Kosten: $ 20 - $ 100 pro Teil
Vorlaufzeit: 2 - 5 Werktage
Erfahren Sie mehr über diesen Prozess hier →
Prototyping mit CNC-Bearbeitung
Mindestmenge: 1 Teil
Typische Kosten: $ 100 - $ 500 pro Teil
Vorlaufzeit: 5 - 10 Tage
Erfahren Sie mehr über diesen Prozess hier: →
Prototyping mit Kleinserien-Spritzguss
Mindestmenge: 10 - 100 Teile
Typische Kosten: $ 1000 - $ 4000 insgesamt
Vorlaufzeit: 5 - 10 Tage
[Erfahren Sie mehr über diesen Prozess hier: →] (http://www.slotmm.online/de/spritzguss/)
Schritt 2: Führen Sie einen ?Probelauf“ durch (500 - 10.000 Teile)
Nachdem das Design fertiggestellt ist, ist es an der Zeit, mit dem Spritzgie?en in einem kleinen Pilotlauf zu beginnen.
Das Mindestbestellvolumen für das Spritzgie?en betr?gt 500 Stück. Für diese Mengen werden die Formen normalerweise aus Aluminium CNC-gefr?st. Aluminiumformen sind relativ einfach herzustellen und kostengünstig (ab etwa 3.000 bis 5.000 USD), k?nnen jedoch bis zu 5.000 bis 10.000 Spritzzyklen standhalten.
Zu diesem Zeitpunkt variieren die typischen Kosten pro Teil zwischen 1 USD und 5 USD, abh?ngig von der Geometrie Ihres Designs und dem ausgew?hlten Material. Die typische Fertigungszeit für solche Bestellungen betr?gt 6-8 Wochen.
Lassen Sie sich nicht durch den Begriff ?Probelauf“ verwirren. Wenn Sie nur einige tausend Teile ben?tigen, ist dies Ihr letzter Produktionsschritt.
Die Teile, die mit ?Probe“-Aluminiumformen hergestellt wurden, haben dieselben physikalischen Eigenschaften und Genauigkeiten wie Teile, die mit Werkzeugstahlformen in ?Gro?serienfertigung“ hergestellt wurden.
Schritt 3: Produktionssteigerung (über 100.000 Teile)
Wenn Teile in gro?en Mengen von identischen Teilen hergestellt werden (von 10.000 bis über 100.000 Stück), sind spezielle Spritzgusswerkzeuge erforderlich.
Für diese Volumina werden die Formen aus Werkzeugstahl CNC-gefr?st und halten Millionen von Spritzgusszyklen stand. Sie sind au?erdem mit fortschrittlichen Funktionen ausgestattet, um die Produktionsgeschwindigkeit zu maximieren, z. B. Hot-Tip-Gates, also beheizte Angusskan?le, und komplizierte Kühlkan?le.
Die typischen Stückkosten variieren zu diesem Zeitpunkt zwischen einigen Cent und 1 USD, und die typische Vorlaufzeit betr?gt 4 bis 6 Monate, da die Entwicklung und Herstellung der Form komplex ist.
Part 6
Hilfreiche Ressourcen:
In diesem Führer haben wir alles angesprochen, was Sie für den Einstieg in das Spritzgie?en ben?tigen. Es gibt jedoch noch viel mehr zu lernen.
Im Folgenden finden Sie die besten und nützlichsten Ressourcen zum Spritzgie?en und zu anderen digitalen Fertigungstechnologien für diejenigen, die sich eingehender mit dem Thema befassen m?chten.
Protolabs Network Wissensbasis
Hier haben wir alles angesprochen, was Sie für den Einstieg in das Spritzgie?en ben?tigen. In unserer Wissensbasis gibt es noch viel mehr zu erfahren - eine Sammlung technischer Artikel zu allen Fertigungstechnologien, die von Experten von Protolabs Network und der Fertigungsindustrie verfasst wurden.
Hier finden Sie eine Auswahl unserer beliebtesten Artikel zum Thema Spritzguss:
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