Stoppen Sie Over-Engineering:Umwandlung von Metallteilen in Kunststoff

Ingenieure verlassen sich oft auf Metalle, um robuste Produkte herzustellen, weil sie stark, typischerweise korrosionsbeständig, thermisch stabil und in der Ingenieurgemeinschaft ziemlich gut bekannt sind. Angesichts der Fortschritte bei hochtechnologischen Thermoplasten und Duroplasten, Fertigungstechniken und digitalen Designwerkzeugen sind Kunststoffe leistungsfähiger, als Sie vielleicht denken. Es ist möglich, dass Sie Ihr Teil überkonstruieren, indem Sie es aus Metall herstellen und die vielen vorteilhaften Eigenschaften von Kunststoffen verpassen.

Was zu beachten ist

Um zu entscheiden, ob Ihr Teil ein guter Kandidat für die Umwandlung von Metall ist, ist es wichtig, die Leistungsanforderungen Ihres Produkts zu verstehen. Wie sind die Betriebsbedingungen? Welche Belastungsfälle gibt es? Wie viel Kriechen/Ermüdung ist akzeptabel? Was sind die Spezifikationen bezüglich Chemikalien- und UV-Beständigkeit? Ihr Teil mag nicht verhandelbare Anforderungen haben, die es für die Umwandlung ungeeignet machen, aber die breite Palette an Materialeigenschaften und Kunststoffvarianten auf dem Markt macht es einfacher als je zuvor, eine geeignete Alternative zu finden.

Stark genug

Obwohl Kunststoffe nicht die Festigkeit von Metall haben, sind bestimmte Kunststoffe für viele Anwendungen stark genug. Zum Beispiel hat Cyanate Ester, ein proprietäres Polymer, das für die Digital Light Synthesis (DLS)-Technologie von Carbon® hergestellt wird, eine hohe Wärmeformbeständigkeit, Festigkeit und Steifheit. Insbesondere die Steifigkeit ist vergleichbar mit einem glasfaserverstärkten Nylon und wurde verwendet, um einige ältere Metallkomponenten zu ersetzen, bei denen Kosten oder Gewicht wichtigere Erwägungen sind. Eine durchdachte Neugestaltung unter Verwendung komplexer struktureller Merkmale wie Rippen und Knotenbleche könnte es Ihnen ermöglichen, Ihr Teil von Metall in Kunststoff umzuwandeln und dennoch Ihre funktionalen Anforderungen zu erfüllen.

In einigen Fällen können Kunststoffteile sogar besser abschneiden als Metallteile. Metallteile mit komplexen Geometrien erfordern manchmal sekundäre Prozesse wie das Zusammenschweißen separater Komponenten, um die endgültige Geometrie zu erreichen. Schweißnähte führen zu potenziellen Schwachstellen und Korrosionsstellen, wohingegen eine Kunststoffkomponente ohne diese Mängel als Einzelstück hergestellt werden kann, wie im Bild unten zu sehen ist.

Leistungsgewinne

Die heutigen Kunststoffe bieten auch eine Vielzahl funktioneller Vorteile. Beispielsweise sind Zahnräder gute Kandidaten für die Umrüstung, da der richtige Kunststoff möglicherweise keine externe Schmierung erfordert, was bei Metall häufig der Fall ist. Darüber hinaus kann das Kunststoffteil in einer stark korrosiven Umgebung eine längere Lebensdauer haben und letztendlich sein Gegenstück aus Metall übertreffen.

Andere funktionale Vorteile von Kunststoff umfassen eine verbesserte Abdichtung, Vibration, Schalldämpfung und elektrischen und thermischen Widerstand. Kunststoff-Fertigungsverfahren erreichen zudem höhere Toleranzen als Blech- oder Gussbauteile. Schließlich geben Ihnen Kunststoffherstellungsmethoden mehr Kontrolle über die Ästhetik Ihres Produkts, sodass Sie Farben anpassen, benutzerdefinierte Logos hinzufügen oder Texturen anwenden können.

Geld und Zeit sparen

Es gibt viele Kosteneinsparungen, die durch die Neugestaltung von Metallteilen aufgedeckt werden können. Ein offensichtliches Beispiel ist die Luft- und Raumfahrt, wo eine Massenreduzierung von nur wenigen Unzen zu bedeutenden Dollars führt. Andere Bereiche, in denen Sie möglicherweise Einsparungen finden, sind:

• Material- und Zeitersparnis durch Wegfall der für viele Metallteile erforderlichen zusätzlichen Beschichtung oder Lackierung
• Kosteneinsparungen durch erhöhte Materialeffizienz von Near-Net-Shape-Prozessen
• Einsparung von Zeit und Arbeitskosten durch Baugruppenkonsolidierung, die durch Formen und 3D-Druck ermöglicht wird

Hier ist ein Beispiel für echte Kosteneinsparungen in unserem Unternehmen. Luftkanäle sind großartige Kandidaten für die Teilekonsolidierung, da Geometrie und Luftstrom mit Additiven optimiert werden können. Fast Radius fertigt den Kühlkanal in der HP 500/300 Druckerserie mit HP MJF. Durch die Konsolidierung von acht Teilen (hauptsächlich Metall) in einem konnte HP seine Lieferkette vereinfachen und die Komponentenkosten um 30 % senken.

Formen oder Drucken?

Bei der Entscheidung, welches Kunststoffherstellungsverfahren zum Einsatz kommt, spielen viele Faktoren eine Rolle. Die folgenden Faktoren geben Aufschluss darüber, wann die additive Fertigung gegenüber herkömmlichen Formtechniken in Betracht gezogen werden sollte.

• Vorlaufzeit – Während die Werkzeugvorbereitung für das Formen Monate dauern kann, verkürzt die additive Fertigung die Vorlaufzeit auf Tage oder Wochen, was Ihre Produkteinführung beschleunigen kann.
• Breakeven-Punkt – Viele Formprozesse erfordern hohe Stückzahlen, um aufgrund hoher Werkzeug- und Einrichtungskosten finanziell sinnvoll zu sein. Bei geringeren Stückzahlen bietet die additive Fertigung erhebliche Kosteneinsparungen.
• Designfreiheit – Die additive Fertigung ermöglicht bisher nicht herstellbare Designs und setzt viele Werte frei. Hinzufügen komplexer struktureller Merkmale wie Gitter, organische Geometrien und kundenspezifische Anpassungen über Teile hinweg.

Mach es besser

Nur weil etwas funktioniert, heißt das nicht, dass Sie nicht versuchen sollten, es besser zu machen. Die Umwandlung von Metallteilen oder Baugruppen in Kunststoff kann ein großartiger Ort sein, um Effizienz und Kosteneinsparungen in Ihrer Stückliste zu finden. Hier bei Fast Radius haben wir unzähligen Unternehmen geholfen, das Produktdesign und die Leistung zu verbessern, indem wir von Metall auf Kunststoff umgestellt haben. Zum Beispiel haben wir den herkömmlichen Wärmetauscher auf Cyanatester umgestellt und eine 2-fache Verbesserung der Wärmeübertragung erzielt. Wir haben Bastian Solutions auch geholfen, einen leichteren Arm für seinen Förderroboter zu schaffen, indem wir ein einzelnes Teil additiv mit PA 12 anstelle einer hauptsächlich aus Metall bestehenden Baugruppe hergestellt haben.

Wenn Sie also das nächste Mal ein Metallteil entwerfen, fordern wir Sie auf, innezuhalten und sich zu fragen:Könnte dieses Teil mit Kunststoff besser gemacht werden?

Möchten Sie aufhören, Ihre Metallteile zu überarbeiten? Wenden Sie sich an die Experten von Fast Radius, die Ihnen helfen können, Teile zu identifizieren, neu zu gestalten und effizienter herzustellen.

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