Spritzgießen mit 3D-gedruckten Formen:Laden Sie unsere neue technische Studie herunter

Das französische Industrielle Technische Zentrum für Kunststoffe und Verbundwerkstoffe (IPC) führte Forschungen durch, um die Verwendbarkeit von 3D-gedruckten Formen für den Spritzguss in kleinen Stückzahlen zu bewerten. Unser Bericht dokumentiert die Herstellungsschritte und Injektionsversuche für 3D-gedruckte Formen mit Formlabs-Lösung und hebt Ergebnisse und Best Practices hervor.

Warum 3D-Druck-Spritzgussformen?

Spritzgießen ist eine kostengünstige und extrem wiederholbare Technologie für die Massenproduktion von Kunststoffteilen mit engen geometrischen oder dimensionalen Toleranzen. Die hohen Kosten herkömmlicher Stahlwerkzeuge machen das Spritzgießen jedoch für kleinere Teilemengen zu einer Herausforderung und können oft ein Hindernis für die Einführung eines neuen Produkts sein. Mit 3D-gedruckten Spritzgussformen können Ingenieure, Hersteller und Produktdesigner Kosten senken, Vorlaufzeiten verkürzen und bessere Produkte auf den Markt bringen. 3D-gedruckte Spritzgussformen sind eine großartige Option für alle, die funktionale Prototypen mit Endverbrauchsmaterialien entwerfen, eine Reihe identischer Vorserienprototypen herstellen oder sogar kundenspezifische oder limitierte Serien von Endverbrauchsteilen herstellen möchten.

Erfahren Sie mehr über die Spritzgusskosten in unserem ausführlichen Leitfaden.

Forschung von IPC, einem führenden Unternehmen für Kunststoffe und Verbundwerkstoffe

IPC ist das Industrial Technical Center, dessen Fachwissen sich der Innovation von Kunststoffen und Verbundwerkstoffen in Frankreich widmet. IPC entwickelt neue Mittel, um alle Unternehmen, insbesondere kleine und mittlere Unternehmen, zu unterstützen. Das Zentrum arbeitet eng mit europäischen wissenschaftlichen Schlüsselakteuren zusammen, um Unternehmen unabhängig vom angewandten Verfahren in den Bereichen Forschung und Entwicklung, Innovation, Technologie und Kompetenztransfer zu unterstützen.

IPC hat drei Technologietransferprogramme aufgebaut, um die großen Herausforderungen der Branche zu bewältigen. Sie unterstützen Unternehmen mit F&E-Know-how für die Kreislaufwirtschaft (DIS 30), den additiven Fertigungssektor (PRINTER), die Industrie 4.0 und für Produkte mit hohem Mehrwert (HYPROD 2). IPC-Teams helfen Industrien oder Herstellern, Innovationen voranzutreiben, indem sie Studien durchführen, Protokolle erstellen, Machbarkeit und Technologietransfer durchführen.

Kürzlich hat das IPC ein Forschungsprojekt durchgeführt, um die Machbarkeit des Spritzgießens mit 3D-gedruckten Formen zu bewerten. In dem Bericht fassen wir einige ihrer Ergebnisse zusammen, insbesondere diejenigen, die Formlabs 3D-Drucker betrafen.

Studiendetails und Benchmarks Geometrien

Das IPC-Forschungsprojekt bestand aus einem zweijährigen technischen Studium, das in drei Phasen unterteilt war:

1. Vergleich von 3D-Drucktechnologien :Aus den technischen Daten mehrerer Hersteller wurde eine erste Klassifizierung erstellt. Thermische und mechanische Daten wurden jeweils anhand der Wärmeformbeständigkeitstemperatur (HDT) und des Young-Moduls bewertet. In jeder der identifizierten Technologien wurden vier Arten von Benchmarks hergestellt, die es ermöglichen, kritische Eigenschaften hervorzuheben, um die drei vielversprechendsten Materialien auszuwählen. Harzbasierte 3D-Drucklösungen wurden aufgrund der hohen Auflösung und glatten Oberfläche der Teile als beste Wahl für Spritzgussformen ausgewählt.

Insgesamt wird für alle betrachteten 3D-Drucktechnologien eine ähnliche Bandbreite an Maßabweichungen gemessen; zwischen ±0,02 mm und ±0,05 mm für kleine Merkmale und zwischen ±0,05 mm und ±0,2 mm für größere Abmessungen. Die Standardgenauigkeit eines bearbeiteten Metallwerkzeugs wird mit ±0,02 mm erwartet. Diese Präzision ist erwünscht, um einen guten Sitz an der Trennfuge zu erreichen und Gratbildung zu vermeiden. In diesem Bericht wird IPC zwei Methoden zur Optimierung der Trennlinie eines 3D-gedruckten Polymerwerkzeugs vorschlagen.

Benchmark-Geometrien.

2. Richtlinien für Materialcharakterisierung, Design und 3D-Druck 

3. Injektionsversuche :IPC führte zwei Tests mit unterschiedlichen Formensätzen durch. Im ersten Versuch verwendeten sie ein „Foltertest“-Design und spritzten fast hundert Polypropylenteile mit einer Monomaterialform, die in Formlabs High Temp Resin gedruckt wurde. Im zweiten Versuch verwendeten sie ein anspruchsvolleres „Foltertest“-Design, aber diesmal spritzten sie Tausende von Polypropylenteilen mit einer Multi-Material-Form, einem Kern und Einsätzen, die mit Formlabs Rigid 10K Resin gedruckt und der Rahmen in PA12 mit SLS gedruckt wurde.

Unser Whitepaper behandelt den Teil der Studie, der mit 3D-Drucklösungen von Formlabs erstellt wurde. insbesondere die Konstruktions- und Herstellungsempfehlungen, Spritzgussbedingungen und beobachteten Ergebnisse.

Ergebnisse

IPC bewertete die Verwendbarkeit von 3D-gedruckten Formen für den Spritzguss in kleinen Stückzahlen. Mit einem Formkern, der in Formlabs Rigid 10K Resin gedruckt wurde, und einem weichen Rahmen, der in PA12 gedruckt wurde, konnten Tausende von Teilen mit Polypropylen gespritzt werden, was die Kosten einer Metallform um 80-90 % senkte.

Texturen auf den endgültigen Teilen, die mit der Multi-Material-Form gespritzt wurden, die aus einer mit Rigid 10K Resin gedruckten Form bestand, die in der Metallform montiert wurde.

Der Desktop-3D-Druck ist eine leistungsstarke Lösung zur schnellen und kostengünstigen Herstellung von Spritzgussformen. Es erfordert eine sehr begrenzte Ausrüstung, wodurch CNC-Zeit und qualifizierte Bediener für andere hochwertige Aufgaben in der Zwischenzeit gespart werden. Sie lassen sich nahtlos in jeden Spritzguss-Workflow integrieren, da sie einfach zu implementieren, zu bedienen und zu warten sind.

Hersteller können von der Geschwindigkeit und Flexibilität des internen 3D-Drucks profitieren, um die Form zu erstellen und sie mit der Produktionskraft des industriellen Spritzgießens zu verbinden, um innerhalb weniger Tage eine Reihe von Einheiten aus gängigen Thermoplasten zu liefern.

Laden Sie den vollständigen Bericht mit einer Zusammenfassung der technischen Studie herunter, einschließlich 3D-Druckrichtlinien und Einblicken in die Formmontage und die Prozessbedingungen.