Elastomere Teile:Spritzgießen von Silikon vs. 3D-Druck flexibler Materialien

Von Industriedichtungen bis hin zu Schuhsohlen sind Elastomerteile allgegenwärtig und einzigartig. Hergestellt aus Elastomeren, einer Gruppe von gummiartigen Polymeren , diese flexiblen, dehnbaren und stoßdämpfenden Komponenten sind einfach herzustellen – und können auf verschiedene Arten hergestellt werden.

Eine der Möglichkeiten zur Herstellung von Elastomerteilen ist das Spritzgießen. Nicht das Spritzgießen von Thermoplasten, sondern das Spritzgießen von Duroplasten wie flüssigem Silikonkautschuk:Dieses Material wird in seinem flüssigen Zustand eingespritzt und dann ausgehärtet, um es fest zu machen. Aber heute gibt es eine großartige Alternative zum Flüssigsilikon-Spritzguss, und das ist der 3D-Druck von flexiblen Materialien wie TPE und TPU. TPE und TPU sind keine Spezialmaterialien mehr und können jetzt auf kostengünstigen FDM-Druckern in 3D gedruckt werden.

Dieser Artikel behandelt die Grundlagen von Elastomerteilen:ihre Eigenschaften, ihre Anwendungen und ob Sie sich für Spritzguss oder 3D-Druck entscheiden sollten.

Was ist ein Elastomer?

Ein Elastomer ist definiert als ein Polymer mit einem niedrigen Elastizitätsmodul , eine hohe Versagensbelastung und Viskoelastizität — eine Kombination aus Viskosität und Elastizität. Manchmal einfach als Gummis bezeichnet , Elastomere sind eigentlich eine breitere Kategorie, die nicht vulkanisierte Materialien umfasst.

Laienhaft ausgedrückt sind Elastomere (elastische Polymere) Materialien, die bei Raumtemperatur in unterschiedlichem Maße elastisch, dehnbar, flexibel oder verformbar sind. Dies liegt an ihren schwachen intermolekularen Bindungen . All dies macht Elastomere unglaublich nützlich. Da sie gebogen und gedehnt werden können, ohne zu brechen, werden sie in vielen Anwendungen eingesetzt, bei denen ein steiferes Material seinen Zweck verfehlen würde.

Elastomere können entweder Duroplaste sein (schmelzen nicht beim Erhitzen) oder Thermoplaste (schmelzen beim Erhitzen) und einige der gebräuchlichsten Elastomere sind:

• Naturkautschuk
• Butadienkautschuk
• Styrol-Butadien-Kautschuk
• Ethylen-Propylen-Monomer

Da sich dieser Artikel jedoch auf das Prototyping und zwei Herstellungsverfahren konzentriert, werden wir Silikon mehr Aufmerksamkeit schenken , thermoplastisches Elastomer (TPE) und thermoplastisches Polyurethan (TPU). Silikon ist ein Duroplast, während TPE und TPU beide Thermopolymere sind und daher von einem 3D-Drucker extrudiert werden können.

Beispiele für Elastomerteile

Elastomere sind unglaublich weit verbreitet und finden sich in einfachen Alltagsgegenständen und komplexen Industriebaugruppen. Hier sehen wir uns verschiedene nach Branchen kategorisierte Elastomerteile sowie einige materialspezifische Anwendungen an.

1. Automobil

Für Reifen und vieles mehr sind Elastomere für die Herstellung vieler Automobilkomponenten unerlässlich.

• Reifen
• Vibrationsdämpfungsausrüstung
• Scheibenwischer
• Aufhängungskomponenten
• Dichtungen und Dichtungen

2. Industriell

Elastomere werden in der Industrie häufig verwendet, insbesondere für Dichtungen und Dichtungen für wasserdichte und luftdichte Verbindungen.

• Dichtungen und Dichtungen
• Elektrische Isolierung
• Förderbänder
• Antriebsriemen
• Schläuche und Rohre

3. Öl &Gas

Elastomere, insbesondere synthetische, finden sich in der Öl- und Gasindustrie, wo sie häufig dazu dienen, Öllecks zu verhindern.

• Hydraulikdichtungen
• Rohrwischer
• Packerbecher
• Schläuche

4. Konsumgüter

Eine Vielzahl von Konsumgütern wird aus Elastomeren hergestellt, von Fußbällen bis zu Radiergummis.

• Schuhe einschließlich Laufsohlen
• Regenmäntel
• Schwämme
• Radierer
• Sportartikel einschließlich Bälle
• Lebensmittelbehälter

Materialspezifische Beispiele

Da sich dieser Artikel auf spritzgießbaren Flüssigsilikonkautschuk und 3D-druckbare TPE- und TPU-Filamente konzentriert, finden Sie hier einige gängige Anwendungen für diese drei Materialien:

• Silikon :Biologisch verträgliche medizinische Geräte, Prothesen, lebensmittelechte Geräte wie Eiswürfelschalen, Dichtungen und Dichtungen, umspritzte Komponenten
• TPE :Dichtungen und Dichtungen, Flaschendeckeleinlagen, Schneemobilketten, medizinische Komponenten einschließlich Katheter, Werkzeuggriffe, Aufhängungsbuchsen, umspritzte Komponenten
• TPU :Elektronikgehäuse, Lenkrollen, medizinische Komponenten, Antriebsriemen, Schuhe, aufblasbare Artikel, Drahtummantelungen und Schläuche

Spritzguss-Elastomere

Es gibt zahlreiche Möglichkeiten, Elastomerteile herzustellen, aber eine der zuverlässigsten – insbesondere bei großen Mengen – ist das Spritzgießen.

Spritzgießen ist das Verfahren zur Herstellung von Kunststoffteilen durch Einspritzen , unter Druck, ein flüssiges Material in eine Form aus Metall , meist aus Stahl oder Aluminium. Während des Prozesses führt die Spritzgussmaschine das Rohmaterial in die Form ein, deren Geometrie ein Negativabdruck des fertigen Teils ist und die normalerweise aus zwei Abschnitten mit einer Kavität dazwischen besteht.

Spritzguss ist kompatibel mit duroplastischen Elastomeren wie Flüssigsilikon , und das ist eine hervorragende Möglichkeit, biegsame, schlagzähe und temperaturbeständige Teile in großen Stückzahlen herzustellen. Vor dem Formen wird eine zweiteilige Silikonlösung gemischt, von der die eine Hälfte einen Platinkatalysator enthält, der es dem Silikon ermöglicht, zu einem Feststoff auszuhärten.

Beim Spritzgießen von Flüssigsilikon können Teile wie Dichtungen, medizinische Geräte, Küchengeräte, umspritzte Abschnitte von Baugruppen aus mehreren Materialien und mehr hergestellt werden.

Vorteile

Das Spritzgießen von Silikon bietet mehrere Vorteile, darunter die schnelle Produktion großer Mengen, ein hohes Detailniveau, gute Materialeigenschaften und niedrige Kosten pro Teil bei bestimmten mittleren bis hohen Stückzahlen.

Nachteile

Zu den Einschränkungen beim Spritzgießen von flüssigem Silikon gehören hohe Metallwerkzeugkosten und die geometrischen Einschränkungen, die dem Formprozess innewohnen, einschließlich dünner Wände und abgerundeter Ecken.

3D-Druck-Elastomere

Eine Alternative zum Flüssigsilikon-Spritzguss ist der 3D-Druck von flexiblen Filamenten wie TPE und TPU. Obwohl diese Materialien auch spritzgegossen werden können, bietet der 3D-Druck eine radikalere Alternative, die für verschiedene Arten von Projekten geeignet sein kann, einschließlich einmaliger Prototypen.

Einer der größten Vorteile von 3D-Druck-Elastomeren wie TPE und TPU ist, dass diese Materialien Thermoplaste sind und kann daher zu FDM-3D-Druckfilamenten verarbeitet werden, die zum Schmelzen und Extrudieren geeignet sind. FDM ist die günstigste Form des 3D-Drucks – sowohl in Bezug auf die Maschinen- als auch auf die Betriebskosten – und das bedeutet, dass hochwertige Elastomerteile von jedem hergestellt werden können.

TPE- und TPU-Filamente haben beide ihre Verwendung. TPU ist ein härteres, dichteres und starreres Material als TPE, mit besserer Abriebfestigkeit und geringerer Schrumpfungsgefahr. Es ist jedoch weniger flexibel als TPE, mit dem Teile so flexibel wie Gummibänder hergestellt werden können.

Obwohl beim 3D-Druck von Elastomeren, insbesondere TPE, Vorsicht geboten ist (Druckgeschwindigkeiten müssen langsam sein und Extruder mit Direktantrieb funktionieren besser als Bowdens), kann praktisch jeder FDM-Drucker diese Materialien verarbeiten.

Zu den üblichen 3D-gedruckten Elastomerteilen gehören TPU-Zwischensohlen für Schuhe und tragbare Elektronik sowie TPE-Griffe, -Schläuche und Smartphone-Hüllen.

Vorteile

Zu den Vorteilen des 3D-Drucks von flexiblen Filamenten gehören sehr niedrige Kosten selbst bei kleinen Mengen, keine Werkzeugkosten und nahezu unbegrenzte Geometrien (innen und außen). Dadurch eignet sich das Verfahren hervorragend für Elastomer-Prototyping.

Nachteile

Zu den Einschränkungen des 3D-Drucks von Elastomerteilen aus TPE und TPU gehören Genauigkeit und Detaillierungsgrad (im Vergleich zum Spritzguss), Produktionsgeschwindigkeit und Skalierbarkeit, da es weder in Bezug auf Kosten- noch auf Zeiteinsparungen Skaleneffekte gibt.

Schlussfolgerung

Flüssigsilikon-Spritzguss und FDM-3D-Druck sind beide hervorragende Möglichkeiten zur Herstellung von Elastomerteilen. Spritzguss ist der Spitzenreiter, wenn es um Teilequalität und Skalierbarkeit geht, aber 3D-Druck ist eine bequeme und erschwingliche Option für Prototypen, insbesondere Einzelanfertigungen.

Bei der Herstellung von Elastomerteilen oder Prototypen sollten Sie Faktoren wie Budget, Stückzahl, erforderliche Materialeigenschaften und zukünftige Produktionsanforderungen berücksichtigen, bevor Sie sich für Ihre nächste Vorgehensweise entscheiden – eine Entscheidung, bei der 3ERP Ihnen helfen kann.

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