Beim Spritzgießen werden Kunststoffteile durch Einspritzen von geschmolzenem Kunststoff – typischerweise einem Thermoplasten – in Metallspritzgussformen, die üblicherweise aus Stahl oder Aluminium bestehen, hergestellt.
Die Maschine führt das Rohmaterial in die Form selbst ein, wodurch ein Negativabdruck des Endprodukts entsteht, das aus zwei Teilen besteht: einer Spritzgussform (A) und einer Auswerferform (B).
Der Raum zwischen den beiden Abschnitten ist der Formhohlraum, in den das Material eingespritzt wird.
Obwohl Spritzgussformen die Herstellung einer Vielzahl von Teilen ermöglichen, unterliegen sie einigen Konstruktionsbeschränkungen. Spritzgussteile aus Kunststoff müssen schmale Wände aufweisen. Überhänge sollten vermieden werden, und sie müssen eine gewisse Entformungsschräge (abgeschrägte Seiten) besitzen, damit das Formteil aus der Form entnommen werden kann.
Spritzgießen wird hauptsächlich für Kunststoffe, insbesondere Thermoplaste, eingesetzt. Thermoplaste sind Polymere, die bei erhöhter Temperatur erweichen (und sich dann problemlos in eine Form spritzen lassen) und nach dem Abkühlen wieder aushärten. Auch Duroplaste lassen sich spritzgießen; sie härten zwar aus, können aber nicht wieder geschmolzen werden. Elastomere sind weniger verbreitet.
Prinzipiell ist das Spritzgießen ein relativ leicht verständliches Verfahren. Die Durchführung ist jedoch etwas komplexer.
Beim Spritzgießen werden zunächst Kunststoffgranulate in einen Trichter gefüllt. Diese Granulate werden dann vom Trichter in einen Zylinder befördert und erhitzt, bis sie geschmolzen sind.
Das geschmolzene Material wird anschließend durch eine hin- und hergehende Förderschnecke durch den Zylinder gepresst, bis sich nahe dem Austrittspunkt des Zylinders genügend Material befindet, um die Form zu füllen. Diese Materialmenge wird als Schuss bezeichnet.
Nach dem Durchlaufen eines Rückschlagventils wird das flüssige Material aus dem Zylinder in einen Kanal im Werkzeug, den sogenannten Angusskanal, und anschließend durch ein Netzwerk kleinerer Kanäle, die Angusskanäle, in den Werkzeughohlraum gepresst. Diese Angusskanäle sind üblicherweise so angeordnet, dass das Material mit ausreichendem Druck in die richtigen Bereiche des Werkzeugs gelangt.
Sobald das Material die Form erreicht, beginnt es sofort abzukühlen und auszuhärten. Die Abkühlung kann zusätzlich beschleunigt werden, indem um die Form herum Kühlleitungen mit zirkulierendem Wasser angebracht werden.
Sobald das Material abgekühlt und erstarrt ist, öffnet der Bediener die Form, und das Formteil kann entnommen werden. Je nach Steifigkeit des Kunststoffs können Auswerferstifte helfen, das Kunststoffteil bruchfrei aus der Form zu lösen.
Angusskanal und Gusskanal werden vom Teil abgetrennt – wobei manchmal eine kleine Markierung zurückbleibt –, bevor das Spritzgussteil für die Nachbearbeitung oder Auslieferung bereit ist.
Spritzgießen ist das gängigste Herstellungsverfahren für Kunststoffteile. Mit einer Spritzgießmaschine, Rohmaterial und verschiedenen Formen lassen sich vielfältige Teile – von klein bis groß, von langlebig bis Einweg – für zahlreiche industrielle Anwendungen fertigen. Doch wie funktioniert Spritzgießen genau?
Spritzgießen ist ein Formgebungsverfahren – im Gegensatz zu subtraktiven (schneidenden) Verfahren wie der CNC-Bearbeitung oder additiven Verfahren wie dem 3D-Druck – bei dem eine Form als Formgeber dient. Das Verfahren eignet sich für Materialien wie Thermoplaste, die erhitzt werden, bis sie flüssig sind, und anschließend in eine Metallform eingespritzt werden, wo sie abkühlen und die Form des Formhohlraums annehmen.
Der Spritzgießprozess lässt sich in vier Phasen unterteilen: Schmelzen des Materials, Einspritzen in die Form, Abkühlen des Materials (oder Abkühlenlassen) bis zum Aushärten und anschließendes Auswerfen des fertigen Teils aus der Form. Vereinfacht gesagt.
Bei jedem Spritzgussprojekt müssen vor Beginn des Formprozesses wichtige Entscheidungen getroffen werden. Der Arbeitsablauf sieht oft folgendermaßen aus:
1. Materialauswahl: Die Materialauswahl ist der erste Schritt bei der Vorbereitung des Spritzgießens. Produktdesigner berücksichtigen in der Regel bestimmte Spritzgussmaterialien bei der Entwicklung eines neuen Produkts. Und wenn sie sich unsicher sind, ist die Herstellung von Rapid Prototypen die beste Methode, um verschiedene Materialoptionen zu testen.
2. Menge bestätigen: Es ist entscheidend, die geplante Anzahl der zu produzierenden Formteile von Anfang an zu besprechen. Die Anzahl der Schüsse bestimmt den verwendeten Werkzeugtyp: ein Prototypenwerkzeug oder ein Werkzeug für die Serienproduktion.
3. Formfüllanalyse: Software zur Formfüllanalyse im Spritzgussverfahren erstellt einen Simulationsbericht. Dieser Bericht prognostiziert Faktoren wie Formverzug und Kühlkanaleffizienz und hilft Herstellern so, Fehler zu vermeiden. Bei einem negativen Bericht kann die Konstruktion angepasst werden, um den Prozess zu optimieren.
4. Formenherstellung: Die Formenherstellung ist ein spezialisierter Prozess. Heutzutage werden Formen häufig mittels CNC-Bearbeitung und EDM hergestellt, da diese Verfahren schnell hochdetaillierte Metallformen produzieren können.
5. Formen herstellen: Sobald die Form fertig ist, kann der Spritzgießprozess beginnen.
