Tipps für 3D-Druckformen

Spritzgießen ist das weltweit beliebteste Verfahren zur Herstellung von Kunststoffteilen. Durch die Verwendung langlebiger Metallformen ermöglicht das Spritzgießen die Herstellung von Hunderttausenden von Einheiten in kurzer Zeit.

Und Gießen ist nicht teuer. Zumindest das Einspritzen eines Materialschusses in eine Form ist es nicht:Der Prozess ist blitzschnell und Pellets sind eine kostengünstige Form von Kunststoff. Aber Schimmelpilze selbst sind teuer, die meisten von ihnen werden aus hochwertigen Metallen hergestellt und mit manueller oder CNC-Bearbeitung hergestellt.

Für Prototypen und die Kleinserienfertigung kann eine professionelle Form das Budget eines Unternehmens bei weitem übersteigen. Und selbst die günstigsten Aluminiumformen – hergestellt mit Rapid Tooling – sind für einige Projekte immer noch zu teuer.

Eine Möglichkeit, Spritzgussteile zu sehr niedrigen Kosten herzustellen, besteht darin, die Formen einfach in 3D zu drucken. Diese Kunststoffformen halten nicht lange und können sicherlich nicht für die Massenproduktion verwendet werden, aber sie eignen sich gut für bestimmte schnelle Prototypen.

In diesem Artikel wird erläutert, wie und warum Sie den 3D-Druck zur Herstellung von Kunststoffformen für den Spritzguss verwenden können.

Warum 3D-Druck für Formen verwenden?

Der 3D-Druck ist als Werkzeug für den Formenbau nicht weit verbreitet. Stattdessen wird es am häufigsten für das Rapid Prototyping und die Kleinserienfertigung von kundenspezifischen Teilen verwendet.

Beim Spritzgießen von Teilen mit einem strengen Budget bietet der 3D-Druck jedoch einige Möglichkeiten. Die additive Fertigung ist sehr günstig, mit minimalen Einrichtungskosten und kann verwendet werden, um ein Einzelstück wie eine Form herzustellen.

3D-gedruckte Formen sind weit weniger solide und langlebig als selbst die dünnsten bearbeiteten Metallformen, aber sie sind gut genug für bestimmte Prototypen aus bestimmten Materialien.

Für die überwiegende Mehrheit der Fälle empfiehlt 3ERP die CNC-Bearbeitung für die Erstellung von Spritzgussformen.

Welche Branchen nutzen den 3D-Druck für Formen?

Einige Branchen verwenden den 3D-Druck ziemlich regelmäßig für den Formenbau, jedoch nicht oft für den Spritzguss.

Juweliere verwenden zum Beispiel häufig Stereolithographie (SLA) 3D-Drucker, um den Prozess des Feingusses zu unterstützen. Nach dem 3D-Drucken eines Modells eines Schmuckstücks , kann der Juwelier das Modell als positives Muster verwenden, um eine Form herzustellen. Das 3D-gedruckte Modell kann dann ausgebrannt werden, wobei nur die Form zurückbleibt, die selbst zur Herstellung des Metallschmucks verwendet werden kann.

Der zahnärztliche Industrie verwendet 3D-Drucker in ähnlicher Weise. Zahnärzte können jetzt ein 3D-Modell der Zähne eines Patienten erstellen und dann mit einem 3D-Drucker ein inverses Modell dieser Zähne erstellen. Dieses gedruckte Modell kann dann als Form dienen und zur Herstellung patientenspezifischer Zahnschienen und Zahnspangen aus weichen, medizinisch unbedenklichen Materialien verwendet werden.

Welche Art von 3D-Drucker eignet sich am besten für die Herstellung von Formen?

FDM-3D-Drucker – die gängigsten Desktop-3D-Drucker – eignen sich nicht besonders für die Herstellung von Formen. Das liegt daran, dass FDM-gedruckte Teile typischerweise eine raue Oberfläche mit Schichtlinien haben.

Zu den besseren AM-Technologien für den Formenbau gehört der Materialstrahl 3D-Druck und Stereolithographie 3D-Druck.

Beide Technologien bieten ein hohes Maß an Detailgenauigkeit und Genauigkeit sowie eine gute Oberflächenbeschaffenheit, die einen reibungslosen Materialfluss während des Einspritzvorgangs erleichtert.

3D-druckbare Materialien für Formen

Eine Reihe von 3D-druckbaren Kunststoffen kann zur Herstellung von Formen für den Spritzguss verwendet werden. Allerdings muss ein Material eine ausreichend hohe Temperaturbeständigkeit aufweisen seine Form beizubehalten, selbst wenn geschmolzener Kunststoff hineingespritzt wird.

Je höher die Schmelztemperatur des eingespritzten Kunststoffs, desto höher muss die Wärmeformbeständigkeit des Werkzeugs sein.

Ein weit verbreitetes Material für den Formenbau beim Materialstrahlen ist Stratasys Digital ABS , das eine Wärmeformbeständigkeit von bis zu 95°C aufweist. Laut Stratasys ist das Material „ideal für Rapid Prototyping Snap-Fit-Teile für den Einsatz bei hohen oder niedrigen Temperaturen, funktionale Designs mit Vielseitigkeit und Flexibilität für mehrere Materialien, Formen, Fertigungswerkzeuge, elektrische Teile und mehr.“

Ein gängiges Formbaumaterial für SLA ist Formlabs High Temperature Resin . Formlabs sagt:„Sowohl transparente als auch hochtemperierte Harze können verwendet werden, um kleine funktionelle Formen zu drucken, wobei High Temp Kompatibilität mit einem breiteren Bereich von thermoplastischen Schmelztemperaturen bietet … Die relativ hohe Steifigkeit von hochtemperiertem Harz bedeutet, dass sich die Form beim Entfernen nicht verformt Teil.“

Entwerfen einer 3D-gedruckten Form

Beim Entwerfen einer 3D-gedruckten Form ist es wichtig, zwei Dinge zu berücksichtigen:ob das Design gut gedruckt wird und ob die gedruckte Form richtig funktioniert, wenn geschmolzener Kunststoff hineingespritzt wird.

Für eine gut gedruckte Form:

• Halten Sie Stützstrukturen an der Außenseite der Form, fern vom Formhohlraum. Dadurch wird sichergestellt, dass durch das Entfernen der Stütze verursachte Fehler nicht auf Formteilen auftreten.
• Drucken Sie mit der höchsten Auflösung und den niedrigsten Schichthöhen, um den Stufeneffekt auf gekrümmten Merkmalen zu reduzieren.
• Integrieren Sie Belüftungsöffnungen, um das Risiko von Lufteinschlüssen und Blasenbildung zu verringern.

Für effektives Formen:

• Behalten Sie dünne Wände mit durchgehend gleichbleibender Dicke bei.
• Fügen Sie Entformungswinkel hinzu, um den Teileauswurf zu erleichtern.
• Radien einbeziehen; keine scharfen Kanten oder Ecken.

Weitere Designtipps finden Sie in unseren Designtipps für den Stereolithografie-3D-Druck. Dann lesen Sie unseren Leitfaden zum Entwerfen von Teilen für den Spritzguss.

Gerahmt oder ungerahmt?

Eine gute Möglichkeit, die Lebensdauer einer 3D-gedruckten Form zu verlängern, ist die Verwendung eines Aluminiumrahmens . Die gedruckte Form wird innerhalb des Metallrahmens platziert, der die zerbrechlichere Kunststoffform vor Druck und Hitze schützt, die von der Düse der Spritzgussmaschine erzeugt werden.

Da die Form fest im Aluminiumrahmen sitzt, ist sie auch nach wiederholtem Einspritzen vor Verziehen geschützt. Darüber hinaus enthält der Rahmen einen Kanal, der die Spritzgussdüse mit dem Anguss der gedruckten Form verbindet, sodass kein direkter Kontakt zwischen Düse und Form erforderlich ist.

Aluminiumrahmen sind viel langlebiger als die darin platzierten 3D-gedruckten Formen. Dies bedeutet, dass Hersteller einen einzigen Aluminiumrahmen für mehrere verschiedene Formen verwenden können, die wiederum zur Herstellung mehrerer geformter Einheiten verwendet werden können.

Es ist möglich, eine gedruckte Form ohne Rahmen zu verwenden, aber dies erfordert mehr 3D-Druckmaterial und macht die Formen anfälliger für Verformungen.

Alternative Methoden

Spritzguss mit 3D-gedruckten Formen kann eine gute Option für Unternehmen sein, die Zugang zu einem SLA- oder Materialstrahl-3D-Drucker haben.

Aber auch Kleinserien von Kunststoffformteilen lassen sich im Vakuumguss realisieren. Beim Vakuumgießen werden kostengünstige Silikonformen verwendet, um schnell Kunststoffprototypen herzustellen. Wie bei 3D-gedruckten Formen haben die Silikonformen eine kurze Lebensdauer.

Vakuumgießen kann vorzuziehen sein, da es Formteile mit einer extrem glatten Oberflächenbeschaffenheit erzeugt.

3ERP ist ein erfahrener Anbieter von Fertigungsdienstleistungen wie 3D-Druck, Spritzguss, CNC-Bearbeitung und Vakuumguss. Kontaktieren Sie uns für ein kostenloses Angebot.