Designtipps für Polyurethanguss

Der Polyurethan-Gießservice von 3ERP ermöglicht die Herstellung kleiner Chargen von Kunststoffteilen zu wesentlich geringeren Kosten als beim Spritzgießen. Diese hochwertigen Prototypen haben eine hervorragende Oberflächenbeschaffenheit und können einen Weg zu massenproduzierten Formteilen darstellen.

Viele Produktdesigner sind jedoch mit Polyurethanguss nicht vertraut, was eine einzigartige Reihe von Designüberlegungen erfordert – sowohl für die Herstellung des Urmodells als auch für die Kunststoffgussteile selbst. Das Entwerfen von Polyurethan-Gussteilen ist nicht dasselbe wie das Entwerfen von Spritzgussteilen, daher müssen sich Designer mit dem Prozess vertraut machen, bevor sie sich mit ihren CAD-Entwürfen befassen.

Dieser Artikel enthält Informationen zum Design von Polyurethan-Gussteilen . Es bietet Ratschläge für das Feature-Design, betrachtet typische Polyurethan-Gusstoleranzen und weist auf die Unterschiede zwischen Polyurethan-Gussdesign und Spritzgussdesign hin.

Was ist Polyurethanguss?

Auch als Vakuumguss bekannt, ist der Polyurethanguss ein Prototyping und Kleinserienfertigung Technik, die für die Herstellung von Chargen von bis zu 25 Einheiten geeignet ist. Es ist dasselbe wie Urethanguss, ein alternativer Begriff für den Prozess.

Der Polyurethan-Gießprozess umfasst drei Hauptschritte:Herstellung des Masters, Herstellung der Silikonform und Herstellung der Gussteile.

1. Meister :Mit einem Verfahren wie CNC-Bearbeitung oder SLA-3D-Druck erstellt der Designer ein positives Urmuster der Teile. Alternativ kann ein bereits vorhandenes Teil als Muster verwendet werden, das aus praktisch jedem festen Material besteht, das Temperaturen von 40 °C (für die Silikonaushärtungsphase) standhalten kann.
2. Schimmel :Ein Gießkasten wird zur Hälfte mit flüssigem Silikon gefüllt, wobei sich das Muster in der Mitte befindet. Das Silikon wird bei schwacher Hitze 16 Stunden lang in einem Ofen ausgehärtet, bis es fest wird und die erste Hälfte der Form entsteht. Dann wird der Rest des Gießkastens mit flüssigem Silikon gefüllt, das gehärtet wird, um die zweite Hälfte der Form herzustellen. Die Formhälften werden entfernt und das Muster zur späteren Verwendung beiseite gelegt.
3. Casting :Die flexiblen Silikonformen sind mit einem Polyurethan-Gießharz gefüllt, das sich innerhalb der Form verfestigt und eine feste Form annimmt, die identisch mit dem Original ist. Die Silikonform kann ca. 25 Mal verwendet werden, bevor sie ausgetauscht werden muss.

Der Polyurethanguss ist eine wertvolle Herstellungstechnik, da die Silikonformen unglaublich günstig sind zu machen im Vergleich zu Metallwerkzeugen. Sie halten nur etwa 25 Güsse , aber dies ist normalerweise ausreichend für das Prototyping von kleinen Kunststoffteilen.

Obwohl das Gießen von Polyurethanharzen nicht zu starken funktionellen Teilen führt, hat es einzigartige Stärken, wie z. B. die Erzeugung einer hervorragenden Oberflächenbeschaffenheit, die eine Reihe von Farben und Transparenzen ermöglicht und bei geringen Mengen sehr wirtschaftlich ist.

Herstellen des Mastermusters

Das erste, was ein Produktdesigner bei der Konstruktion von Polyurethan-Gussteilen berücksichtigen muss, ist das Mastermodell. Übliche Techniken zur Herstellung von Gussmustern sind 3D-Druck (SLA, PolyJet usw.) und CNC-Bearbeitung. Traditionelle Musterherstellungstechniken wie manuelles Formen können ebenfalls verwendet werden, obwohl dies mit höheren Kosten verbunden ist.

Bei der Verwendung eines digitalen Herstellungsprozesses wie 3D-Druck oder CNC-Bearbeitung müssen Designer die Designbeschränkungen von zwei separaten Prozessen gleichzeitig berücksichtigen:dem Musterherstellungsprozess und das Gießen, obwohl sich dieser Artikel hauptsächlich auf Designtipps konzentriert, die zu einem effektiven Gießen führen (und nicht zu einem effektiven 3D-Druck oder einer CNC-Bearbeitung).

Die Vorteile des 3D-Drucks von Urmustern aus Polyurethan sind:

• Höhere geometrische Freiheit
• Schneller herzustellen als CNC-Bearbeitung

Die Vorteile der CNC-Bearbeitung von Urmustern sind:

• Engere Toleranzen als beim 3D-Druck
• Weniger Oberflächenbearbeitung erforderlich
• Längere Lebensdauer als 3D-gedruckte Muster

Toleranzen und Abmessungen

Bei der Konstruktion von Polyurethan-Gussteilen sollten sich Konstrukteure der Standardtoleranzen und Mindest-/Höchstmaße bewusst sein, die nicht dieselben sind wie beim Spritzguss.

Bei Verwendung von Polyurethanguss jedoch als Prototyping Technik für zukünftige Spritzgussteile, kann es sinnvoll sein, ein Design zu erstellen, das auch spritzgegossen werden kann (durch Einarbeiten von Entformungsschrägen etc.).

• Toleranz :3ERP kann Polyurethanteile mit einer Genauigkeit von ± 0,3 % herstellen , mit einer Untergrenze von ± 0,3 mm bei Abmessungen kleiner als 100 mm.
• Schwund :Dicke Teile sind anfälliger für Schrumpfung, die aufgrund von Temperaturschwankungen während des Formprozesses auftritt. Designer sollten mit einer Schwundrate von etwa +0,15 % rechnen .
• Teilgröße :Polyurethan-Gussteile können Abmessungen bis zu 1900 x 900 x 750 mm haben und einem maximalen Volumen von 10 Litern.

Wandstärke

Die Mindestwandstärke des Polyurethangusses beträgt 0,75 mm — ausreichend für eine ordnungsgemäße Formfüllung, obwohl 1,5+ mm wird zu den besten Ergebnissen führen. Wenn Wände dünner als 0,75 mm erforderlich sind, kontaktieren Sie uns, um Ihr Design zu besprechen.

Wie beim Spritzgießen führt eine gleichmäßige Wandstärke zu besseren Ergebnissen, da sie die Änderungen der temperaturbedingten Verformung verringert. Unterschiedliche Wandstärken sind jedoch weniger schädlich als beim Spritzguss.

Entwurf

Einer der Vorteile des Polyurethangusses ist die Flexibilität seiner Silikonformen. Da die Formen flexibel sind, können die fertigen Polyurethanteile ohne Auswerferstifte einfach aus der Form entnommen werden. Das bedeutet auch, dass Zugkraft – verjüngte Seiten, die ein einfaches Auswerfen ermöglichen – nicht erforderlich ist wie beim Spritzguss.

Dafür aber ein kleiner Verzugswinkel von bis zu 5° kann die Lebensdauer der Silikonform geringfügig verlängern, daher kann eine Formschräge vorteilhaft sein, wenn Produktionsläufe in mittleren Stückzahlen an Teilen durchgeführt werden, die keine perfekt geraden Seiten erfordern. Dadurch wird das Polyurethan-Gussdesign auch anpassungsfähiger für das Spritzgießen (zur Skalierung der Produktion).

Radien

Bei der Konstruktion von Polyurethanteilen sollten scharfe Innenecken vermieden werden, um die Festigkeit und Stabilität des Teils zu maximieren. Wir empfehlen, Innenecken mit einem Radius von 3 mm abzurunden .

Beachten Sie, dass die CNC-Bearbeitung zur Herstellung des Urmusters ideal ist, um Rundungen an Polyurethan-Gussteilen hinzuzufügen, da CNC-Schneidwerkzeuge haben eine zylindrische Form und erzeugen beim Schneiden einer Tasche natürlich abgerundete Innenecken.

Rippen

Um Polyurethan-Gussteilen Steifigkeit zu verleihen, ohne die Wandstärke zu erhöhen, können Designer Rippen einbauen, die das Trägheitsmoment erhöhen. Im Allgemeinen ist es besser, mehrere kurze Rippen als eine einzelne hohe Rippe zu verwenden, und es ist wichtig, die Rippen richtig in Bezug auf die potenzielle Biegung des Teils auszurichten.

Rippen sollten große Eckenradien und eine Dicke von weniger als 60 % haben der Wandstärke, um Schwund und Einfallstellen zu vermeiden. Die Höhe jeder Rippe sollte weniger als 3x betragen seine Dicke, um Bruch zu vermeiden.

Chefs

Gussteile aus Polyurethan können Vorsprünge haben – kleine Vorsprünge, die Befestigungselemente oder Gewindeeinsätze aufnehmen. Diese Vorsprünge können durch Zwickel oder Verbindungsrippen gestützt werden.

Um Einfallstellen zu vermeiden, sollte die Wandstärke eines Buckels weniger als 60 % betragen der Wandstärke des Teils (wie bei Rippen). Der Basisradius des Bosses sollte mindestens 25 % betragen der Wandstärke des Teils.

Gewinde &Löcher

Polyurethanguss kann Durchgangslöcher und Gewinde aufnehmen, und diese werden am besten durch die Verwendung von Einsätzen erreicht, anstatt dem Urmodell hinzugefügt zu werden. Diese komplexen Funktionen können jedoch die Kosten des Projekts erhöhen und sind für Prototypen möglicherweise nicht erforderlich.

Für Durchgangslöcher, Dübelstangen kann in die Silikonform gelegt werden. Bei Gewinden lassen sich am besten Gewindeeinsätze aus Metall einarbeiten B. durch Umspritzen.

Gelenke

Aus dem Polyurethanguss lassen sich Mehrkomponententeile mit Nut-Feder-Verbindung herstellen. Eine kleine Enthüllungslücke sollte in die Fuge zwischen den Bauteilen eingebaut werden.

Oberflächenmerkmale

Oberflächenmerkmale wie Texte und Logos können in Polyurethan-Gussteile eingearbeitet werden. Im Allgemeinen sind diese Merkmale – insbesondere in vertiefter (gravierter) Form – mit CNC-bearbeiteten Urmustern viel einfacher hinzuzufügen als mit 3D-gedruckten.

Für beste Ergebnisse sollten Buchstaben und Zahlen mindestens 1,3 mm voneinander entfernt sein auseinander.