Leitfaden für Elastomer-Prototyping

Prototyping ist eine Schlüsselphase des Herstellungslebenszyklus, die typischerweise das Ende der Designphase mit dem Beginn der Produktion verbindet. Der Prozess ermöglicht es Designern und Ingenieuren, das Teiledesign zu verfeinern, Feedback zu sammeln und die Zustimmung der Interessengruppen zu gewinnen.

Prototypen können auf verschiedene Arten erstellt werden. Rapid 3D Prototyping, das additive Fertigungsmethoden zur Herstellung von Teilen verwendet, ist zu einer immer beliebteren Wahl für das Prototyping geworden, da es Ingenieuren ermöglicht, Konstruktionsprobleme schnell und kostengünstig zu identifizieren, bevor die Produktion beginnt. Dies trägt dazu bei, potenziell kostspielige oder zeitaufwändige Werkzeugrevisionen zu vermeiden, verbessert die Produktqualität und stellt sicher, dass die Produktion mit den prognostizierten Zeitplänen auf Kurs bleibt.

Bestimmte Teileanwendungen und Materialien eignen sich jedoch nicht gut für 3D-basiertes Prototyping. Prozesse wie Fused Deposition Modeling (FDM) erzeugen nicht-isotrope Teile, die möglicherweise zerbrechlicher sind und anders reagieren als Elastomerteile aus der Produktion, während andere additive Verfahren durch Kosten oder Materialoptionen eingeschränkt sein können.

Dies kann eine Herausforderung für das Rapid Prototyping von Elastomerformteilen, Dichtungen und anderen hochelastischen Teilen mit geringer Härte darstellen, bei denen Flexibilität eine wünschenswerte Materialeigenschaft ist. Während die Entwicklungen bei additiven Fertigungsmethoden es Ingenieuren ermöglicht haben, Gummi- oder „Elastomer“-Produkte zu drucken, gibt es immer noch Einschränkungen für die Möglichkeiten der Technologie. Elastomerkomponenten und Prototypen können jedoch effektiv mit herkömmlichen Herstellungsverfahren hergestellt werden.

Methoden zur Herstellung von Elastomer-Prototypen

Verfahren wie Formpressen und Spritzpressen sind hocheffiziente Methoden zur Herstellung von Gummiteilen wie Dichtungen und O-Ringen, aber die Werkzeuge, die zur Herstellung von Formpresskonstruktionen aus Gummi erforderlich sind, sind in der Regel mit einem hohen Preis verbunden. Die beiden gebräuchlichsten traditionellen Verfahren zum Prototyping von Gummiteilen sind Urethanguss und Stanzen.

Beim Urethanguss wird eine Silikonform um ein Urmodell herum mit der exakten Geometrie des gewünschten Endteils hergestellt. Das Urmuster kann je nach Anwendung und geometrischer Komplexität CNC-bearbeitet oder 3D-gedruckt werden. Sobald die Form ausgehärtet ist, kann sie aufgeschnitten und verwendet werden, um hochpräzise Nachbildungen des Urmodells in geringen Mengen herzustellen. Ein bedeutender Vorteil des Urethangusses besteht darin, dass das Verfahren mehr Härtegrade und Farben zulässt als andere Methoden des Elastomer-Prototyping. Das Stanzen von Elastomerplattenmaterial ist auch sehr üblich für Dichtungen und Dichtungen.

CNC-Fräsen ist ein subtraktives Fertigungsverfahren, bei dem rotierende Werkzeuge verwendet werden, um schnell und effizient Material von einem festen Werkstück abzuschneiden und so das gewünschte Teil zu formen. Diese Methode kann auch verwendet werden, um Gummidesigns zu erstellen, aber es gibt eine große Designbeschränkung:Der Versuch, elastisches, biegsames Material mit einem gewissen Grad an Genauigkeit zu schneiden, ist unglaublich schwierig. Aus diesem Grund lassen sich nur sehr steife Beläge effektiv fräsen.

Urethanguss-Prototyping ist eine effizientere Methode zur Herstellung von Weichgummiteilen. Wenn der Prototyp aus irgendeinem Grund gefräst werden muss, sollten Ingenieure erwägen, direkt über dem Fräser einen Kragen anzubringen, um zu verhindern, dass sich das Gummiwerkstück bewegt. Gummiwerkstücke können vor dem Fräsen auch in flüssigem Stickstoff eingefroren werden, um ihre Härte zu erhöhen.

Einer der Hauptvorteile des 3D-Drucks von Gummiprototypen ist die Geschwindigkeit. Sobald die CAD-Datei fertiggestellt ist, können Teile oft in weniger als einem Tag hergestellt werden. Einige additive Methoden sind jedoch mit Materialbeschränkungen verbunden, was bedeutet, dass sie zwar beim Testen der Passung und Form von Komponenten effektiv sein können, für Funktionstests jedoch oft nicht ideal sind.

Einige Materialbeschränkungen variieren je nach Prozess. Eines der ersten Verfahren zum 3D-gedruckten Elastomer-Prototyping verwendete selektives Lasersintern (SLS) mit einem elastischen Grundmaterial. Durch SLS erstellte Prototypen weisen eine gewisse Elastizität auf, weisen jedoch immer noch eine relative Steifheit auf und neigen dazu, nach wiederholtem Biegen zu brechen. Diese Teile haben auch oft Oberflächen mit niedriger Auflösung.

Die Entwicklung der PolyJet-Technologie ermöglichte es Ingenieuren, mehrere Materialien in verschiedenen Kombinationen mit demselben Druckkopf zu drucken. Dies ermöglicht die Herstellung von Prototypen, die die verschiedenen Eigenschaften von Gummi genau simulieren, einschließlich Durometer im Bereich von 27 bis 95 auf der Shore-Härteskala. Leider fehlt vielen PolyJet-Materialien die Festigkeit echter Gummiprototypen, obwohl einige neuere Materialien eine vergleichbarere Festigkeit und Funktionalität bieten.

Die Digital Light Synthesis (DLS)-Technologie von Carbon kann auch zum Drucken von Elastomer-Prototypen verwendet werden, wobei ein Vorteil des Verfahrens darin besteht, dass es bessere isotrope Eigenschaften ermöglicht. Diese Methode hat einige Einschränkungen in Bezug auf Materialeigenschaften, Härtegrad, Farbe, Teilekomplexität und Teilegröße, kann aber verwendet werden, um Gummiprototypen in Produktionsqualität zu erstellen.

Effizientes Prototyping von Gummiteilen

Technologische Fortschritte haben es viel einfacher gemacht, schnell und wirtschaftlich Prototypen von Elastomerteilen zu erstellen, und es ist der Schlüssel zur Maximierung der Effizienz, die erforderlichen Materialspezifikationen bestimmen zu lassen, welche Prozesshersteller es sind. Soll der Prototyp als Proof of Concept dienen oder Form und Passform von Bauteilen testen, ist der 3D-Druck an Effizienz kaum zu überbieten. Andererseits hat Urethanguss weitaus weniger Materialbeschränkungen, was sich oft als nützlicher für Funktionstests erweisen wird.

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