Spritzgießen ist das weltweit beliebteste Verfahren zur Herstellung von Kunststoffteilen. Mithilfe robuster Metallformen ermöglicht es die Produktion von Hunderttausenden von Teilen in kurzer Zeit.
Und das Formen ist nicht teuer. Zumindest das Einspritzen des Materials in eine Form ist es nicht: Der Prozess ist blitzschnell, und Granulat ist eine preiswerte Kunststoffart. Aber die Formen selbst. Diese teuer, da die meisten aus hochwertigen Metallen gefertigt und entweder manuell oder per CNC-Bearbeitung hergestellt werden.
Für Prototypen und Kleinserienfertigung kann eine professionelle Form das Budget eines Unternehmens weit übersteigen. Und selbst die günstigsten Aluminiumformen – hergestellt von schnelles Werkzeug — sind für manche Projekte immer noch zu teuer.
Eine Möglichkeit, Spritzgussteile sehr kostengünstig herzustellen, besteht darin, die Formen einfach per 3D-Druck zu fertigen. Diese Kunststoffformen sind zwar nicht sehr langlebig und eignen sich nicht für die Massenproduktion, aber sie sind gut geeignet für bestimmte schnelle Prototypen.
Dieser Artikel untersucht, wie und warum man 3D-Druck zur Herstellung von Kunststoffformen für den Spritzguss verwenden könnte.
Warum sollte man 3D-Druck für Formen verwenden?
Der 3D-Druck wird als Werkzeug zur Formenherstellung nicht weit verbreitet eingesetzt. Stattdessen findet er am häufigsten Anwendung im Bereich des schnellen Prototypings und der Kleinserienfertigung von kundenspezifischen Teilen.
Bei der Herstellung von Spritzgussteilen mit begrenztem Budget bietet der 3D-Druck jedoch einige Möglichkeiten. Die additive Fertigung ist sehr kostengünstig, erfordert nur minimale Einrichtungskosten und kann zur Herstellung von Einzelstücken wie beispielsweise einer Gussform eingesetzt werden.
3D-gedruckte Formen sind weit weniger stabil und haltbar als selbst die dünnsten maschinell gefertigten Metallformen, aber für bestimmte Prototypen aus bestimmten Materialien sind sie ausreichend.
In den allermeisten Fällen empfiehlt 3ERP CNC-Bearbeitung zur Herstellung von Spritzgussformen.
Welche Branchen nutzen 3D-Druck für Formen?
In einigen Branchen wird der 3D-Druck recht regelmäßig für die Formenherstellung eingesetzt, allerdings nicht häufig für das Spritzgießen.
Juweliere verwenden beispielsweise häufig Stereolithographie (SLA)-3D-Drucker, um den Feinguss zu unterstützen. Nach dem 3D-Druck eines Modells eines Schmuckstücks SchmuckDer Juwelier kann das Modell als Positivvorlage verwenden, um eine Gussform herzustellen. Das 3D-gedruckte Modell kann dann ausgebrannt werden, sodass nur die Gussform zurückbleibt, die wiederum zur Herstellung des Metallschmucks verwendet werden kann.
Das dental Die Industrie nutzt 3D-Drucker auf ähnliche Weise. Zahnärzte können nun ein 3D-Modell der Zähne eines Patienten erstellen und anschließend mithilfe eines 3D-Druckers ein inverses Modell davon anfertigen. Dieses gedruckte Modell dient dann als Gussform und kann zur Herstellung patientenspezifischer Zahnschienen und Retainer aus weichen, medizinisch unbedenklichen Materialien verwendet werden.
Welcher 3D-Drucker eignet sich am besten zur Herstellung von Formen?
FDM-3D-Drucker – die am weitesten verbreiteten Desktop-3D-Drucker – eignen sich nicht besonders gut zur Herstellung von Formen. Das liegt daran, dass FDM-gedruckte Teile typischerweise eine raue Oberfläche mit Schichtlinien aufweisen.
Zu den verbesserten AM-Technologien für den Formenbau gehören: Materialspritzen 3D-Druck u Stereolithographie 3D-Druck.
Beide Technologien bieten ein hohes Maß an Detailgenauigkeit und Präzision sowie eine gute Oberflächengüte, die einen reibungslosen Materialfluss während des Spritzgießprozesses ermöglicht.
3D-druckbare Materialien für Formen
Für die Herstellung von Spritzgussformen können verschiedene 3D-druckbare Kunststoffe verwendet werden. Allerdings muss das Material eine ausreichend hohe Festigkeit aufweisen. Temperaturbeständigkeit um seine Form auch dann beizubehalten, wenn geschmolzener Kunststoff hineingespritzt wird.
Je höher die Schmelztemperatur des eingespritzten Kunststoffs ist, desto höher muss die Wärmeformbeständigkeitstemperatur der Form sein.
Für das Materialspritzen wird häufig ein Formenbaumaterial verwendet. Stratasys Digital ABS, das eine Wärmeformbeständigkeitstemperatur von bis zu 95°C aufweist. Stratasys gibt an, dass das Material „ideal für Rapid Prototyping“ sei. Schnappverschluss Bauteile für hohe und niedrige Temperaturen, funktionale Konstruktionen mit Vielseitigkeit und Flexibilität in verschiedenen Materialien, Formen, Fertigungswerkzeuge, elektrische Bauteile und vieles mehr.“
Für SLA ist ein gängiges Werkzeug zur Formenherstellung folgendes: Formlabs HochtemperaturharzFormlabs erklärt: „Sowohl transparente als auch Hochtemperatur-Harze eignen sich zum Drucken kleiner Funktionsformen, wobei Hochtemperatur-Harze mit einem breiteren Spektrum an thermoplastischen Schmelztemperaturen kompatibel sind… Die relativ hohe Steifigkeit des Hochtemperatur-Harzes sorgt dafür, dass sich die Form beim Entformen nicht verformt.“
Entwurf einer 3D-gedruckten Form
Bei der Konstruktion einer 3D-gedruckten Form sind zwei Dinge wichtig zu berücksichtigen: ob sich die Konstruktion gut drucken lässt und ob die gedruckte Form ordnungsgemäß funktioniert, wenn geschmolzener Kunststoff hineingespritzt wird.
Für eine gut gedruckte Form:
- Die Stützstrukturen sollten außerhalb der Form, fernab vom Formhohlraum, angebracht werden. Dadurch wird sichergestellt, dass durch das Entfernen der Stützen entstandene Unregelmäßigkeiten nicht an den Formteilen sichtbar sind.
- Drucken Sie mit höchster Auflösung und geringster Schichthöhe, um den Stufeneffekt bei gekrümmten Konturen zu reduzieren.
- Um die Gefahr von Lufteinschlüssen und Blasenbildung zu verringern, sollten Belüftungsöffnungen eingebaut werden.
Für eine effektive Formgebung:
- Dünne Wände mit gleichmäßiger Dicke beibehalten.
- Fügen Sie Entformungsschrägen hinzu, um das Auswerfen der Teile zu erleichtern.
- Radien einarbeiten; keine scharfen Kanten oder Ecken.
Weitere Gestaltungstipps finden Sie in unserem Designtipps für den Stereolithographie-3D-DruckLesen Sie anschließend unseren Leitfaden zu Entwerfen von Teilen für Spritzguss.
Mit oder ohne Rahmen?
Eine gute Möglichkeit, die Lebensdauer einer 3D-gedruckten Form zu verlängern, ist die Verwendung von Aluminium-RahmenDie gedruckte Form wird in den Metallrahmen eingesetzt, der die empfindlichere Kunststoffform vor dem Druck und der Hitze der Düse der Spritzgießmaschine schützt.
Da die Form passgenau im Aluminiumrahmen sitzt, ist sie auch nach wiederholten Spritzvorgängen vor Verformung geschützt. Zusätzlich verfügt der Rahmen über einen Kanal, der die Spritzgießdüse mit dem Angusskanal der gedruckten Form verbindet, wodurch ein direkter Kontakt zwischen Düse und Form entfällt.
Aluminiumrahmen sind deutlich haltbarer als die darin platzierten 3D-gedruckten Formen. Das bedeutet, dass Hersteller einen einzigen Aluminiumrahmen für mehrere verschiedene Formen verwenden können, mit denen wiederum mehrere Formteile hergestellt werden können.
Es ist zwar möglich, eine gedruckte Form ohne Rahmen zu verwenden, dies erfordert jedoch mehr 3D-Druckmaterial und macht die Formen anfälliger für Verformungen.
Alternative Methoden
Spritzgießen mit 3D-gedruckten Formen kann eine gute Option für Unternehmen sein, die Zugang zu einem SLA- oder Material-Jetting-3D-Drucker haben.
Allerdings lassen sich auch Kleinserien von Formteilen aus Kunststoff realisieren mit VakuumgießenBeim Vakuumgießen werden kostengünstige Silikonformen verwendet, um schnell Kunststoffprototypen herzustellen. Wie bei 3D-gedruckten Formen haben auch Silikonformen eine begrenzte Lebensdauer.
Vakuumgießen ist möglicherweise vorzuziehen, da es Formteile mit einer extrem glatten Oberfläche erzeugt.
3ERP ist ein erfahrener Anbieter von Fertigungsdienstleistungen wie 3D-Druck, Spritzguss, CNC-Bearbeitung und Vakuumgießen. Kontaktieren Sie uns für ein Angebot. kostenloses Angebot.
