Den idealen Kunststoff-Fertigungsprozess für Ihr Projekt wählen

Kunststoffe sind eine Familie hochvielseitiger Fertigungsmaterialien – einige sind weich und flexibel, andere steif und schlagfest. Diese breite Palette physikalischer Eigenschaften garantiert, dass die Fertigung von Kunststoffteilen unabhängig von der Anwendung im Allgemeinen zeit- und kosteneffizient ist.

Unabhängig vom Endverwendungszweck – ob Teile für innovative Sessel-Designs, Elektrowerkzeug-Komponenten oder Prothesen-Gliedmaßen eingesetzt werden – ist es wichtig, dass Designer und Ingenieure wissen, wie sie den richtigen Fertigungsprozess für ihre Bedürfnisse auswählen.

Arten der Kunststoff-Produktfertigung

Angesichts der Tatsache, dass Kunststoffe in verschiedenen Formen, Größen, Haltbarkeiten und Farben vorliegen, sollte es nicht überraschen, dass es eine Reihe von Fertigungsprozessen gibt, die die Produktion von Kunststoffteilen ermöglichen. Hier ist ein kurzer Überblick über einige der gängigsten.

3D-Druck

Dieser Prozess nutzt CAD-Designs und -Modelle, um dreidimensionale Teile zu erstellen, indem Schicht für Schicht des Produktionsmaterials hinzugefügt wird, bis das Teil vollständig geformt ist. Der Hauptvorteil des 3D-Drucks ist, dass er im Vergleich zu anderen Fertigungsprozessen weitaus weniger Designbeschränkungen hat, was ihn zu einer besonders wirtschaftlichen Methode für die Erstellung von Teilen mit komplexen Geometrien macht.

Anders als bei der CNC-Bearbeitung müssen Ingenieure beispielsweise nicht berücksichtigen, wie der Fräskopf enge Stellen erreicht, oder welche Werkzeuggrößen für feine Details in der Teilegeometrie benötigt werden. Der 3D-Druck ermöglicht die Erstellung komplizierter Designmerkmale – wie gekrümmte interne Kanäle – ohne Werkzeugbau.

Die additive Fertigung ist fähig zu komplexen Designs, die mit anderen Fertigungsprozessen schwer oder unmöglich effizient herzustellen sind. Sie ermöglicht auch, ein Teil als ein massives Stück zu erstellen, anstatt als mehrere Komponenten, die anschließend montiert werden.

CNC-Bearbeitung

Bei diesem Prozess werden computergesteuerte Schneidwerkzeuge wie Fräser, Drehmaschinen und Bohrer in Kombination mit Rotation eingesetzt, um Kunststoffteile zu erstellen.

Im Gegensatz zu additiven Fertigungsprozessen ist die CNC-Bearbeitung ein subtraktiver Prozess, bei dem Material schrittweise von dem Block entfernt wird, der schließlich das fertige Teil wird – dem sogenannten Werkstück. Es gibt zwei Hauptkategorien der CNC-Bearbeitung: Fräsen, das rotierende Werkzeuge und ein festes Werkstück nutzt; und Drehen, das feste Werkzeuge und ein rotierendes Teil verwendet.

Die CNC-Bearbeitung kann eine effektive Alternative für die Erstellung von Teilen sein, die sich schwer spritzen lassen oder enge Toleranzen erfordern, was die Methode sowohl für das Prototyping als auch für die Herstellung bestimmter Endverbrauchsprodukte – einschließlich Buchsen und Zahnräder – ideal macht. Allerdings kann die Teilekomplexität die Kosten pro Teil bei Bearbeitungsprozessen schnell in die Höhe treiben, und bestimmte geometrische Formen – wie gekrümmte Innenkanäle – können mit subtraktiver Fertigung schwierig oder unmöglich zu erstellen sein.

Spritzgießen

Wie der Name andeutet, beinhaltet dieser Prozess das Einspritzen von unter Druck stehendem, geschmolzenem Thermoplast-Material in gehärtete Stahl- oder Aluminiumformen. Diese Formen, die geometrisch komplex sein können, ergeben Teile mit engen Toleranzen, iterativer Genauigkeit und hochwertiger Oberflächenqualität – all dies macht Spritzgießen zu einem effektiven Prozess für Hochvolumen-Produktionsläufe.

Während Spritzgießen teuer in der Werkzeuginstallation und im Anlauf ist – die Erstellung der Formen kann kostspielig sein und mehrere Monate dauern – kann kein anderer Kunststoff-Produktfertigungsprozess ihre Fähigkeit erreichen, Hochvolumen-Produktionsläufe schnell zu produzieren, was die Kosten pro Teil drastisch senkt.

Extrusionsformen

Der Extrusionsformprozess ähnelt dem Spritzgießen darin, dass er geschmolzene Kunststoffe zur Teileerstellung benötigt. Anstatt das geschmolzene Material jedoch in eine Form einzuspritzen, zwingen Extrusionssysteme den Kunststoff durch eine Düse, die dem Kunststoff eine feste Form gibt.

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

Polyurethan-Gießen (Urethane Casting)

Beim Polyurethan-Gießprozess wird eine Silikonform von einem Master-Modell des finalisierten Teil-Designs erstellt. Sobald die Form ausgehärtet ist und das Master-Modell entfernt wurde, kann die Form verwendet werden, um einzelne Kopien des Teils mit hoher Genauigkeit und Präzision sowie guter Oberflächenqualität herzustellen.

Gegossene Urethan-Silikonformen sind weniger langlebig als die hartwerkzeugbasierten Formen für Spritzgießen, aber sie können weitaus schneller und kosteneffektiver erstellt werden. Dies macht Urethan-Gießen zu einer guten Wahl für die Klein- bis Mittelserienfertigung mit engen Zeitvorgaben.

Vakuumformen

Beim Vakuumformen wird ein Vakuum genutzt, um erhitzte, formbare Kunststoffplatten über einzelflächige Formen zu drücken. Häufig verwendet mit Thermoplasten wie hochschlagfestem Polystyrol-Plattenmaterial, wird dieser Prozess eingesetzt, um langlebige Produkte in verschiedenen Formen herzustellen – einschließlich Schutzabdeckungen, Straßenschilder und Verpackungen für geschmacks- oder geruchsempfindliche Produkte.

Rotationsformen (Roto-Molding)

Beim Rotationsformprozess wird eine hohle Form, gefüllt mit Pulverharz, rotiert, während die Form erhitzt und gekühlt wird. Dies gewährleistet, dass die Wände gleichmäßig beschichtet sind und frei von Durchhängen oder Verformungen. Es ist eine effektive Methode zur Herstellung hochstabiler Teile mit einheitlichen Wanddicken – wie Kunststofftanks und Behälter – die in der Regel keine zusätzliche Oberflächenbearbeitung erfordern.

Faktoren bei der Fertigung von Kunststoffteilen

Da eine breite Palette von Fertigungsprozessen verfügbar ist, ist es wichtig, den für das Teil am besten geeigneten zu wählen. Hier sind einige Überlegungen, die Sie beachten sollten.

Material

Die Teileanwendung ist eine primäre Überlegung bei der Auswahl eines geeigneten Materials, und die Bestimmung der vorteilhaftesten physikalischen Eigenschaften für das jeweilige Teil kann helfen, die Materialwahl einzugrenzen.

Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass einige Materialien am besten für spezifische Fertigungsprozesse geeignet sind. Elastische, niedrig-duromere Polyurethan-Teile lassen sich beispielsweise leicht mit Urethan-Gießen produzieren, sind aber extrem schwierig im 3D-Druck zu verarbeiten. In einigen Fällen können die gewünschten Materialeigenschaften sogar durch strategische Auswahl eines Fertigungsverfahrens verbessert werden.

Form

Faktoren wie enge Toleranzanforderungen, einzigartige interne Merkmale oder ein hohes Maß an geometrischer Komplexität helfen dabei, zu bestimmen, welche Fertigungsprozesse am ökonomischsten und effizientesten sind. Wenn das Teil einen spezifischen Prozess erfordert, können Design-for-Manufacturing (DFM)-Überarbeitungen notwendig sein, um die Kosteneffizienz der Produktion zu optimieren.

Lieferzeit (Lead Time)

Endprodukt-Fristen helfen bei der Bestimmung der besten Fertigungsmethode, da die Produktionszeiten über Prozesse hinweg erheblich variieren können. Abhängig vom Teil und der Maschine können einige 3D-Drucker fertige, brauchbare Teile innerhalb weniger Stunden produzieren. Am anderen Ende des Spektrums ist der eigentliche Spritzgießprozess sehr schnell – in vielen Fällen fähig, Zykluszeiten von unter einer Minute zu erreichen – aber das Werkzeug der Formen kann Monate dauern, was den Produktionsplan verlängert.

Volumen und Kosten

Ein letzter wichtiger Faktor ist das erforderliche Produktionsvolumen. Spritzgießsysteme erfordern hohe Vorabkosten, was sie für Hochvolumenläufe ökonomisch, aber für Prototyping kosteneffizient macht. Andere Prozesse wie CNC-Bearbeitung haben niedrigere Anfangskosten, können aber leicht mehr pro Teil kosten, je nach dem Umfang der manuellen Arbeit. Die richtige Balance zwischen Produktionsvolumen und Kosteneffizienz zu finden, ist entscheidend.

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Die Vielfalt der verfügbaren Kunststoff-Fertigungsprozesse zeugt von der Vielseitigkeit von Kunststoff. Der richtige Prozess für ein gegebenes Teil hängt von einer Reihe von Faktoren ab, einschließlich der Teileanwendung, des Designs, des Produktionsvolumens und der Lieferzeit.

Bei Fast Radius arbeiten wir eng mit unseren Kunden zusammen, um sicherzustellen, dass ihre Teile mit dem effektivsten und effizientesten Fertigungsprozess hergestellt werden. Wenn Sie Fragen dazu haben, wie wir arbeiten, oder wenn Sie bereit sind, die Produktion zu starten, kontaktieren Sie uns noch heute.

Erfahren Sie mehr über Kunststofffertigung und die anderen Services, die wir anbieten, in unserem Resource Center. Dort können Sie auch über die verschiedenen Arten von Kunststoffen lesen – von robustem, biokompatiblem Mehrzweck-Polyurethan bis hin zu gummiartigem und flexiblem elastomerem Polyurethan und mehr.

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