Welcher Kunststoffherstellungsprozess ist der richtige für mich?

Kunststoffe sind eine Familie äußerst vielseitiger Fertigungsmaterialien – einige sind weich und flexibel; andere sind steif und stoßfest. Dieses breite Spektrum an physikalischen Eigenschaften garantiert, dass die Herstellung von Kunststoffteilen unabhängig von der Anwendung generell zeit- und kosteneffizient ist.

Unabhängig von der Endverwendung – ob Teile zur Herstellung innovativer Sesseldesigns, Elektrowerkzeugkomponenten oder Prothesen verwendet werden – ist es wichtig, dass Designer und Ingenieure wissen, wie sie den richtigen Herstellungsprozess für ihre Anforderungen auswählen.

Arten der Herstellung von Kunststoffprodukten

Angesichts der Tatsache, dass es Kunststoffe in unterschiedlichen Formen, Größen, Haltbarkeiten und Farben gibt, sollte es nicht überraschen, dass es eine Reihe von Herstellungsverfahren gibt, die die Herstellung von Kunststoffteilen ermöglichen. Hier ist ein kurzer Überblick über einige der häufigsten.

3D-Druck

Dieser Prozess verwendet CAD-Entwürfe und -Modelle, um dreidimensionale Teile zu erstellen, indem jeweils eine Schicht des Produktionsmaterials hinzugefügt wird, bis das Teil vollständig geformt ist. Der Hauptvorteil des 3D-Drucks besteht darin, dass er im Vergleich zu anderen Herstellungsverfahren weitaus weniger Designbeschränkungen aufweist, was ihn zu einer besonders wirtschaftlichen Methode zum Erstellen von Teilen mit komplexen Geometrien macht.

Anders als beispielsweise bei der CNC-Bearbeitung, bei der Ingenieure möglicherweise berücksichtigen müssen, wie der Fräskopf enge Stellen erreicht und wie groß die Werkzeuge sind, die zum Erstellen feiner Details in der Geometrie des Teils erforderlich sind, ermöglicht der 3D-Druck komplizierte Konstruktionsmerkmale – wie z gekrümmte Innenkanäle – ohne Werkzeug zu erstellen.

Additive sind in der Lage, komplizierte Designs zu erstellen, die mit anderen Herstellungsverfahren nur schwer oder gar nicht effizient herzustellen sind. Es ermöglicht auch die Erstellung eines Teils als ein solides Stück und nicht als mehrere Komponenten, die anschließend zusammengebaut werden.

CNC-Bearbeitung

Bei diesem Prozess werden computergesteuerte Schneidwerkzeuge wie Fräser, Drehbänke und Bohrer zusammen mit Rotation verwendet, um Kunststoffteile herzustellen.

Im Gegensatz zu additiven Fertigungsverfahren ist die CNC-Bearbeitung ein subtraktiver Prozess, was bedeutet, dass Material allmählich von dem Block entfernt wird, der schließlich zum fertigen Teil, dem so genannten Werkstück, wird. Es gibt zwei große Kategorien der CNC-Bearbeitung:Fräsen, bei dem sich drehende Werkzeuge und ein festes Werkstück verwendet werden; und Drehen, bei dem feststehende Werkzeuge und ein sich drehendes Teil verwendet werden.

Die CNC-Bearbeitung kann eine effektive Alternative für die Herstellung von Teilen sein, die schwer zu formen sind oder enge Toleranzen erfordern, wodurch die Methode sowohl für das Prototyping als auch für die Herstellung bestimmter Endprodukte, einschließlich Buchsen und Zahnräder, ideal ist. Die Komplexität der Teile kann jedoch die Kosten pro Teil bei der Verwendung von Bearbeitungsprozessen schnell erhöhen, und bestimmte geometrische Formen – wie gekrümmte Innenkanäle – können mit der subtraktiven Fertigung schwierig, wenn nicht gar unmöglich zu erstellen sein.

Spritzguss

Wie der Name schon sagt, beinhaltet dieser Prozess das Einspritzen von geschmolzenem thermoplastischem Material unter Druck in gehärtete Stahl- oder Aluminiumformen. Diese Formen, die geometrisch komplex sein können, führen zu Teilen mit engen Toleranzen, Iterationsgenauigkeit und hochwertiger Oberflächenbeschaffenheit – all dies macht das Spritzgießen zu einem effektiven Verfahren für Produktionsläufe mit hohen Stückzahlen.

Während der Spritzguss teuer ist, um Werkzeuge einzurichten und in Betrieb zu nehmen – die Herstellung der Formen kann kostspielig sein und mehrere Monate dauern –, ist kein anderer Herstellungsprozess für Kunststoffprodukte in der Lage, schnell große Produktionsläufe zu produzieren, was die Kosten drastisch senkt pro Teil.

Extrusionsformen

Das Extrusionsverfahren ähnelt dem Spritzgießen, da es geschmolzene Kunststoffe erfordert, um Teile herzustellen. Anstatt jedoch das geschmolzene Material in eine Form zu spritzen, pressen Extrusionssysteme den Kunststoff durch eine Düse, die dem Kunststoff eine feste Form verleiht.

Kunststoffrohre, Strohhalme, Dachrinnen, Türpfosten, Schläuche und andere symmetrische Teile können effizient mit Extrusionsanlagen hergestellt werden. Aufgrund ihrer einfacheren Formen haben extrudierte Teile oft niedrige Produktions- und Werkzeugkosten.

Urethanguss

Beim Urethan-Gießverfahren wird eine Silikonform aus einem Urmodell des endgültigen Teiledesigns hergestellt. Sobald die Form ausgehärtet ist und das Originalmodell entfernt wurde, kann die Form dann verwendet werden, um einzelne Kopien des Teils mit hoher Genauigkeit und Präzision sowie guter Oberflächengüte herzustellen.

Gegossene Urethan-Silikonformen sind weniger haltbar als die Hartwerkzeuge, die für den Spritzguss verwendet werden, aber sie können viel schneller und kostengünstiger hergestellt werden. Dies macht Urethanguss zu einer guten Wahl für die Produktion kleiner bis mittlerer Stückzahlen mit engen Durchlaufzeiten.

Vakuumformen

Das Vakuumformen verwendet ein Vakuum, um Folien aus erhitztem, formbarem Kunststoff über Formen mit einer Oberfläche zu drücken. Dieses Verfahren wird häufig bei Thermoplasten wie schlagfesten Polystyrolplatten verwendet und dient zur Herstellung langlebiger Produkte in einer Vielzahl von Formen, einschließlich Schutzabdeckungen, Straßenschildern und Verpackungen für geschmacks- oder geruchsempfindliche Produkte.

Rotationsformen

Beim Rotationsformverfahren wird eine mit Harzpulver gefüllte Hohlform gedreht, während die Form erhitzt und abgekühlt wird, wodurch sichergestellt wird, dass die Wände gleichmäßig beschichtet und frei von Durchbiegungen oder Verformungen sind. Es ist eine effektive Methode zur Herstellung hochstabiler Teile mit einheitlichen Wandstärken, wie z. B. Kunststofftanks und -behälter, die normalerweise keine zusätzliche Oberflächenbehandlung erfordern.

Bei der Herstellung von Kunststoffteilen zu berücksichtigende Faktoren

Da eine Vielzahl von Herstellungsverfahren zur Verfügung steht, ist es wichtig, dasjenige auszuwählen, das für das Teil am besten geeignet ist. Hier sind einige Überlegungen, die Sie beachten sollten.

Material

Die Anwendung von Teilen ist eine Hauptüberlegung bei der Auswahl eines geeigneten Materials, und die Bestimmung der vorteilhaftesten physikalischen Eigenschaften für das betreffende Teil kann helfen, die Materialauswahl einzugrenzen.

Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass einige Materialien am besten für bestimmte Herstellungsverfahren geeignet sind. Elastische Polyurethan-Teile mit niedrigem Härtegrad sind zum Beispiel einfach mit Urethanguss herzustellen, aber extrem schwierig zu verarbeiten, wenn es um den 3D-Druck geht. In manchen Fällen können die gewünschten Materialeigenschaften sogar durch eine gezielte Auswahl eines Herstellungsverfahrens verbessert werden.

Formular

Faktoren wie enge Toleranzanforderungen, einzigartige interne Merkmale oder ein hohes Maß an geometrischer Komplexität helfen bei der Bestimmung, welche Fertigungsprozesse am wirtschaftlichsten und effizientesten sind. Wenn das Teil einen bestimmten Prozess erfordert, kann es erforderlich sein, Design for Manufacturing (DFM) zu überarbeiten, um die Kosteneffizienz der Produktion zu optimieren.

Vorlaufzeit

Endprodukttermine helfen bei der Bestimmung der besten Herstellungsmethode, da die Produktionszeiten je nach Prozess erheblich variieren können. Je nach Teil und Maschine können einige 3D-Drucker innerhalb weniger Stunden fertige, brauchbare Teile herstellen. Am anderen Ende des Spektrums, während der eigentliche Spritzgussprozess sehr schnell ist – in vielen Fällen können Zykluszeiten von weniger als einer Minute erreicht werden – kann die Fertigstellung der Werkzeuge Monate dauern, was den Produktionsplan verlängert.

Volumen und Kosten

Ein letzter wichtiger Faktor, den es zu beachten gilt, ist das erforderliche Produktionsvolumen. Spritzgusssysteme erfordern hohe Vorlaufkosten, was sie für Serien mit hohem Volumen tendenziell wirtschaftlich macht, aber für das Prototyping kostenineffizient. Andere Prozesse, wie z. B. die CNC-Bearbeitung, haben niedrigere Anschaffungskosten, können jedoch je nach Aufwand der manuellen Arbeit leicht mehr pro Teil kosten. Es ist entscheidend, das richtige Gleichgewicht zwischen Produktionsvolumen und Kosteneffizienz zu finden.

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Die Vielfalt der verfügbaren Kunststoffherstellungsverfahren spricht für die Vielseitigkeit von Kunststoff. Der richtige Prozess für ein bestimmtes Teil hängt von einer Reihe von Faktoren ab, darunter die Anwendung, das Design, das Produktionsvolumen und die Vorlaufzeit des Teils.

Bei Fast Radius arbeiten wir eng mit unseren Kunden zusammen, um sicherzustellen, dass ihre Teile mit dem effektivsten und effizientesten Herstellungsprozess hergestellt werden. Wenn Sie Fragen zu unserer Arbeitsweise haben oder bereit sind, mit der Produktion zu beginnen, kontaktieren Sie uns noch heute.

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