Wie und wann man Kunststoffprototypen herstellt

In fast jedem einzelnen Fall der Produktentwicklung, egal für welche Branche, ist das Prototyping eine notwendige Phase, die letztendlich darüber entscheidet, ob Ihre Produktionsbemühungen erfolgreich sein werden oder nicht. Der Aufstieg des Rapid Prototyping hat es sowohl einfach als auch erschwinglich gemacht, einen Kunststoffprototyp schnell zu iterieren. Es gibt jedoch eine Reihe von Fertigungstechnologien, mit denen ein Kunststoffprototyp hergestellt werden kann, und wenn Sie wissen, welche Sie verwenden sollten, wird der gesamte Produktentwicklungsprozess optimiert.

Werfen wir einen Blick darauf, wie man einen Kunststoffprototyp mit 3D-Druck, CNC-Bearbeitung, Spritzguss und Vakuumguss erstellt. Obwohl jede ihre eigenen Vorteile bietet, hilft Ihnen die Kenntnis der inneren Abläufe der Technologie, kompatibler Materialien und gängiger Anwendungen bei der Entscheidung, welche Rapid-Manufacturing-Technik am besten für Ihren Kunststoffprototypen geeignet ist.

So erstellen Sie einen Kunststoffprototyp mit 3D-Druck

Additive Fertigung – besser bekannt als 3D-Druck – ist eigentlich ein Oberbegriff, der eine Handvoll verschiedener Fertigungstechnologien umfasst. Die drei beliebtesten Optionen zur Herstellung von Kunststoffprototypen sind Fused Deposition Modeling (FDM) und Stereolithographie (SLA) und Selektives Lasersintern (SLS) .

Beim FDM-3D-Druck wird Kunststoffmaterial in einem Extrusionsprozess Schicht für Schicht aufgetragen, bis ein Objekt entsteht. Dies ist die am weitesten verbreitete Form des 3D-Drucks und wird fast ausschließlich von der Maker-Community und den Verbrauchern verwendet. Mit industrietauglichen FDM-3D-Druckern können je nach verwendetem Material Kunststoffprototypen in hoher Auflösung und Festigkeit hergestellt werden.

Wenn Sie einen farbenfrohen Prototyp erstellen möchten, der nicht viel von einem mechanischen Zweck erfüllt, ist PLA (Polymilchsäure) ist ein außergewöhnlich vielfältiges und erschwingliches Material. Es kann sogar mit Holz- und Metallverbundwerkstoffen verschmolzen werden, um exotische Filamente zu zaubern, und auch mit mechanisch überlegenen Materialien wie Kohlefaser gespleißt werden, um die Funktionalität zu verbessern.

Aber auf industrieller Ebene bieten die meisten anderen 3D-Druckmaterialien tendenziell mehr Funktionalität als PLA. Beispiel:ABS ist ein uraltes Material, das zur Herstellung von Kunststoffprototypen verwendet wird, und ist ideal für funktionale Prototypen, die starken Stößen, Verschleiß oder hohen Temperaturen ausgesetzt sind. Dieses Material wird häufig in der Automobil- und Luft- und Raumfahrtindustrie verwendet und eignet sich auch gut für Elektronik, Konsumgüter und mehr.

Nylon ist ein Material, das sowohl für den FDM- als auch für den SLS-3D-Druck verwendet werden kann und für seine Zähigkeit und Flexibilität bekannt ist. Es ist perfekt für funktionale Prototypen sowie Zahnräder und Werkzeuge. Wenn Sie einen Kunststoffprototyp mit gummiartiger Flexibilität benötigen, sind TPE und TPU großartige 3D-Druckmaterialien. Die gummiähnlichen Eigenschaften dieses Materials sind vorteilhaft bei der Herstellung von Kunststoffprototypen für Schutzausrüstung, Handyhüllen und verschiedene Industriekomponenten.

Andere FDM-Materialien umfassen PETG , ein Thermoplast, der am häufigsten zur Herstellung von Wasserflaschen verwendet wird; und Polycarbonat (PC) , ein industrietaugliches Material, das zur Herstellung von Kunststoffprototypen verwendet wird, die für technische Anwendungen verwendet werden und rauen Umgebungen ausgesetzt sind.

Anstatt Filamente zu verwenden, verwendet der SLA-3D-Druck Kunststoffharzmaterialien, um Kunststoffprototypen zu erstellen. Das Verfahren umfasst einen Hochleistungslaser, der das Modell aus einem Harzbehälter verfestigt. Dieses Verfahren wird häufig für verschiedene Prototyping-Zwecke verwendet, insbesondere in den Bereichen Medizin, Zahnmedizin und Konsumgüter.

Mittlerweile ist bei der SLS-Technologie das am häufigsten verwendete Material Nylon (PA 11 oder PA 12) . Da bei dieser Technik Pulver mit einem Hochleistungslaser zu einem 3D-Modell zusammengesintert werden, ist sowohl die Material- als auch die Druckqualität FDM überlegen. Mit SLS-3D-Druck erstellte Kunststoffprototypen sind im Allgemeinen funktionaler, haben eine höhere Auflösung und können flexibler und langlebiger sein als FDM-Drucke.

Wann sollten Sie den 3D-Druck verwenden, um einen Kunststoffprototyp zu erstellen?

Nun, der beste Zeitpunkt, um den 3D-Druck für Ihre Prototyping-Anforderungen zu verwenden, ist, wenn Sie ein kleines Volumen haben, das Sie so schnell wie möglich produzieren müssen. Die additive Fertigung hilft Designern und Ingenieuren, die Produktentwicklungszeit zu verkürzen, da sie ihren Kunststoffprototyp schnell iterieren und das Design testen oder ändern können. Wenn Sie jedoch eine große Charge von Kunststoffprototypen herstellen müssen oder überlegene mechanische Eigenschaften benötigen, die der 3D-Druck bieten kann, gibt es wahrscheinlich eine bessere Rapid-Manufacturing-Technik für Sie.

So erstellen Sie einen Kunststoffprototyp mit CNC-Bearbeitung

Eine weitere schnelle und praktikable Möglichkeit zur Erstellung funktionaler Kunststoffprototypen ist das CNC-Fräsen. Diese Technologie verwendet eine Vielzahl unterschiedlich großer Werkzeuge, um ein 3D-Modell aus einem massiven Materialblock herauszuarbeiten. Im Vergleich zum 3D-Druck bietet die CNC-Bearbeitung mehr Potenzial für Gewinde und Hinterschneidungen, enge Toleranzen, reduzierte Größenbeschränkungen und mehr Oberflächengüten. Abhängig von der Komplexität des Kunststoff-Prototypenmodells und dem verwendeten Fertigungsservice kann das CNC-Fräsen auch extrem kurze Bearbeitungszeiten bieten. Erfahren Sie mehr über Prototypen für die Kunststoffbearbeitung.

Während die Herstellung von Spritzgusswerkzeugen für eine kleine Menge von Kunststoffprototypen im Allgemeinen zu teuer ist, können Sie mit der CNC-Bearbeitung Form, Passform und Funktion von Spritzgussteilen testen, ohne Spritzgusswerkzeuge herstellen zu müssen. Es gibt eine breite Palette von Kunststoffen, die 3ERP über unseren CNC-Bearbeitungsservice anbietet, darunter ABS, PC, PP, POM, PMMA (Acryl), HDPE, Teflon, PEEK und viele andere. Um herauszufinden, welche Art von Material für Ihren Kunststoffprototypen ideal ist, können Sie sich für weitere Informationen an unser Expertenteam wenden.

Wann sollten Sie die CNC-Bearbeitung verwenden, um einen Kunststoffprototyp zu erstellen?

Es gibt eine Handvoll Vorteile, die die CNC-Bearbeitung gegenüber der 3D-Drucktechnologie bietet, einer davon ist die mechanische Qualität und die verfügbare Auswahl an thermoplastischen Materialien. CNC-bearbeitete Teile verleihen Kunststoffteilen auch eine verbesserte strukturelle Integrität, was bei der Erstellung von Funktionsprototypen unerlässlich ist. Typischerweise wird diese Produktionsmethode verwendet, um Kunststoffprototypen zu erstellen, die unter den gleichen Bedingungen wie Spritzgussteile getestet werden.

So erstellen Sie einen Kunststoffprototyp mit Spritzguss

Obwohl Spritzguss und Rapid Tooling manchmal für die Massenproduktion verwendet werden, bieten sie auch eine schnelle und kostengünstige Möglichkeit, Kunststoffprototypen herzustellen. Nach der Herstellung einer Metallform wird Kunststoffharz in einen beheizten Zylinder geschickt, gemischt und mit Kraft in eine Metallform eingespritzt. Dieser Kunststoff wird schnell zu einem festen Teil abgekühlt, wodurch ein Kunststoffprototyp mit einer hochwertigen Oberflächenbeschaffenheit und besseren mechanischen Eigenschaften als beispielsweise beim 3D-Druck entsteht.

Einige der beliebtesten Kunststoffe für den Spritzguss werden auch im 3D-Druck und in der CNC-Bearbeitung verwendet. Dazu gehören ABS, PC, Nylon, HIPS, PP sowie Polyethylen.

Genau wie wir es beim 3D-Druck beschrieben haben, ABS Material eignet sich hervorragend für Kunststoffprototypen, die Schlagfestigkeit, Zähigkeit und Hitzebeständigkeit erfordern. Spritzgegossener PC ist völlig einzigartig gegenüber den meisten anderen Thermoplasten, da es sich ohne Risse oder Brüche verformen lässt und sich am besten für Produkte wie Brillengläser, medizinische Geräte und Automobilkomponenten eignet.

Mit Spritzguss, Nylon wird zur Herstellung von Kunststoffprototypen verwendet, die die Stabilität und Beständigkeit gegenüber Umweltfaktoren wie Abrieb und Chemikalien fördern. Auf der anderen Seite Polyethylen , das in Form von HDPE oder LDPE vorliegt, bietet ein breites Spektrum an unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften, darunter ein hohes Maß an Duktilität, Zugfestigkeit und Schlagfestigkeit sowie Feuchtigkeitsaufnahme.

Um mehr über die Kunststoffmaterialien zu erfahren, die 3ERP für den Spritzguss anbietet, wenden Sie sich an unser Expertenteam!

Wann sollten Sie Spritzguss verwenden, um einen Kunststoffprototyp zu erstellen?

Spritzguss ist nach wie vor die beliebteste Methode für die Serienfertigung und das Prototyping und wird in vielen Branchen eingesetzt, darunter Unterhaltungselektronik, Haushaltsgeräte, medizinische Geräte, Automobil und Luft- und Raumfahrt.

So erstellen Sie einen Kunststoffprototyp mit Vakuumguss

Vakuumgießen ist ein weiteres Fertigungswerkzeug, das zur Herstellung von Kunststoffprototypen verwendet werden kann. Diese besondere Technik wird in einem dreistufigen Prozess durchgeführt, beginnend mit der Produktion Ihres CAD-Entwurfs in ein Urmodell, das mit 3D-Druck oder CNC-Bearbeitung erfolgen kann. Nach Fertigstellung der Urform werden Gießformen auf Silikonbasis entwickelt und mit Gießharzen in die Kavität der Form gefüllt. Was die Materialien betrifft, so ist das Vakuumgießen mit einer Reihe von Materialien kompatibel, die von undurchsichtig bis transparent reichen, sowie mit vielen Farben.

Jede Form kann etwa 25 Prototypen produzieren, und die Bearbeitungszeit beträgt durchschnittlich zwei Wochen. Alles in allem ist es eine schnelle Möglichkeit, Ihr Design in einen Kunststoffprototypen umzusetzen und den Entwicklungsprozess näher an die Massenproduktion heranzuführen.

Wann sollten Sie Vakuumguss verwenden, um einen Kunststoffprototyp zu erstellen?

Bei der Herstellung von Kunststoffprototypen wird der Vakuumguss im Allgemeinen für kleine Serien verwendet, insbesondere für Objekte wie Gehäuse oder Gehäuse. Diese Technik wird auch für visuelle Modelle oder Prototypen verwendet, die keinen großen mechanischen Zweck erfüllen. Bei 3ERP bieten wir eine große Auswahl an Kunststoffmaterialien für den Vakuumguss an.

Schlussfolgerung

Alles in allem ist die Auswahl der richtigen Fertigungstechnologie und des richtigen Materials für den Erfolg Ihres Kunststoffprototyps von entscheidender Bedeutung. Unser Team von 3ERP hilft Ihnen gerne dabei, den richtigen Prozess für Sie zu finden, also kontaktieren Sie uns noch heute, um mehr über unsere Rapid-Manufacturing-Services zu erfahren.