Drei wesentliche Elemente für saubere, funktionale Spritzgieß-Designs

Spritzgießen ist ein beliebter Fertigungsprozess für die Massenproduktion identischer Kunststoffteile mit guten Toleranzen. Während dieses Prozesses werden Thermoplast-Flocken oder -Pellets geschmolzen und in eine Form eingespritzt. Sobald das Thermoplast-Material abkühlt und erstarrt, stoßen Auswerferstifte das fertige Teil aus der Form. Viele der verbrauchernahen Produkte, die Menschen täglich nutzen, sind spritzgegossen – von Ladegeräten über Autoteile bis hin zu LEGO®-Steinen.

Einmal ist die Form hergestellt, haben Ingenieure ein Mittel, um komplexe Teile konsistent zu sehr niedrigen Stückkosten zu reproduzieren. Daher ist die Perfektionierung der Formherstellungsprozesse kritisch. Hier ist ein Crashkurs zur Optimierung des Designs eines spritzgegossenen Teils – plus Tipps und Tricks für Produktdesigner.

Drei Spritzgieß-Design-Tipps und Best Practices

Spritzgegossene Teile können komplexe Geometrien aufweisen und bieten Produktdesignern einiges an Designflexibilität. Der einzige Vorbehalt ist, dass Produktteams ihre Teile um die spezifischen Anforderungen des Spritzgießens herum designen müssen.

Es ist sehr herausfordernd, Designanpassungen nach der Fertigung des Teils vorzunehmen. Daher müssen Produktdesigner das Kunststoffteil perfekt für das Spritzgießen designen, um das Risiko von Problemen mit dem Werkzeugdesign zu reduzieren, die besten Ergebnisse zu erzielen und Kosten zu senken. Um saubere, funktionale Teile zu designen, beginnen Sie mit diesen drei Spritzgieß-Design-Best-Practices:

1. Gleichmäßige Wanddicken beibehalten

Die Nummer-eins-Regel beim Spritzgieß-Teiledesign ist die Verwaltung der Formwanddicke. Ungleichmäßige Wände können dazu führen, dass das Teil sich verzieht, während das Thermoplast-Material abkühlt, oder dass Einfallstellen (Sink Marks) entstehen. Empfohlene Wanddicken variieren je nach verwendetem Kunststoff. Beispielsweise hat Polyurethan (PUR) eine empfohlene Wanddicke von 0,080 Zoll bis 0,750 Zoll, während Polystyrol (PS) einen viel kleineren Bereich von 0,035 Zoll bis 0,150 Zoll hat. Eine gute Faustregel ist, die Wanddicke einer gegebenen Form zwischen 1,2 mm und 3 mm zu halten.

Wenn das Teil verschiedene Dicken beinhalten soll, sollten Produktdesigner den Übergang zwischen ihnen so sanft wie möglich gestalten. Dies stellt sicher, dass der geschmolzene Kunststoff gleichmäßig in der Formkavität fließt. Eine Fase oder Rundung (Fillet), die 3x so lang ist wie der Dickenunterschied, sollte ausreichen.

Dicke Abschnitte in einem Spritzgieß-Design können Verzug, Einfallstellen und andere Defekte verursachen, aber manchmal sind sie für komplexe Geometrien notwendig. Produktdesigner können dickere Abschnitte in ihren Formen einbeziehen, während sie die Wanddickenbegrenzungen einhalten, indem sie diese Abschnitte aushöhlen. Das Einbeziehen von Rippen in das Teil stärkt die ausgehöhlten Abschnitte und bietet Steifigkeit.

Die Rippendicke variiert je nach verwendetem Thermoplast, aber Rippen sollten immer weniger als zwei Drittel der Hauptwanddicke betragen. Wenn die Rippe zu dick ist, verursacht sie Einfallstellen auf der Außenoberfläche.

2. Nicht designkritische Hinterschnitte (Undercuts) eliminieren

Hinterschnitte (Undercuts) sind Merkmale, die verhindern, dass das spritzgegossene Teil sauber aus der Form ausgeworfen wird, ohne strukturelle Schäden. Hinterschnitte können in verschiedenen Formen auftreten – Löcher, Kavitäten oder Bereiche, wo die Ausrichtung nicht senkrecht zur Trennlinie der Form steht. Der beste Tipp für einen Produktdesigner ist, Hinterschnitte gänzlich zu vermeiden. Sie machen das Spritzgieß-Design immer teurer, komplizierter und arbeitsintensiver als nötig.

Dennoch gibt es ein paar Design-Tricks, um Hinterschnitte zu handhaben. Der einfachste Weg, einen Hinterschnitt zu beheben, ist, die Trennlinie der Form so zu verschieben, dass sie den Hinterschnitt schneidet. Dieser Tipp ist jedoch nur für Designs mit Hinterschnitten an der Außenseite der Form anwendbar.

Bumpoffs (Abstreif-Hinterschnitte) sind eine Option, wenn das Merkmal und das Material flexibel genug sind, um sich während des Auswerfens über die Form zu dehnen und zu verformen. Der Bumpoff sollte weit von den Stützstrukturen der Form entfernt sein und einen Anstellwinkel zwischen 30 und 45 Grad haben.

Als letzte Rettung können Seitenbewegungen (Side-Actions) oder Heber (Lifters) Hinterschnitte beheben, wenn die Form nicht neu gestaltet werden kann, um Hinterschnitte zu vermeiden. Seitenaktionskerne sind senkrechte Einsätze, die hineingleiten und herausgleiten, wenn die Form sich öffnet und schließt. Diese Mechanismen treiben Kosten und Komplexität signifikant in die Höhe. Auch mit diesen Lösungen wäre es ratsam für Designer, Hinterschnitte gänzlich zu meiden und sie bereits beim Prototyping zu eliminieren.

3. Entformungsschräge (Draft), Entformungsschräge, Entformungsschräge

Entformungsschrägen (Draft Angles) sind Designüberlegungen, die es erleichtern, ein spritzgegossenes Teil sauber aus der Form auszuwerfen. Das mag wie ein nicht-essentielles Designmerkmal klingen, aber Entformungsschrägen sind kritisch für die Fertigung funktionaler spritzgegossener Teile. Entformungsschrägen helfen, zu verhindern, dass das Teil bei der Entnahme beschädigt wird, senken Produktionskosten, beschleunigen Produktionszeitpläne, gewährleisten eine einheitliche Oberflächenqualität und bieten eine Vielzahl weiterer Vorteile. Ohne Entformungsschrägen riskieren Produktteams, ihre teuren Formen zu beschädigen und eine große Anzahl aussortierbarer Teile zu produzieren.

Entformungsschrägen sollten früh im Designprozess berücksichtigt werden. Entformungswinkel variieren gemäß einer Reihe von Faktoren, die mit dem Teil zusammenhängen, einschließlich Wanddicke, Wandtiefe, Material und etwaigen anwendbaren Schrumpfraten, Textur oder Auswerfanforderungen. Es ist am besten, so viel Entformungswinkel wie möglich anzuwenden. Produktdesigner sollten ein Grad Entformung pro Zoll Kavitätstiefe als Ausgangspunkt einbeziehen und für die genannten Faktoren nach Bedarf anpassen.

Selbst wenn es so aussieht, als ob Entformungsschrägen die Leistung des Teils negativ beeinflussen könnten, ist es immer besser, Entformungsschrägen zu haben als keine. Teile können generell mit einem Minimum von 0,25 Grad Entformung designed werden, aber der kleinste mögliche Entformungswinkel hängt von der einzigartigen Geometrie und dem Material des Teils ab.

Hilfe von den Design-Experten erhalten

Diese kurze Liste kratzt nur an der Oberfläche wichtiger Designüberlegungen für spritzgegossene Teile. Produktteams müssen auch Faktoren wie Trennlinien, Anguss-Design, Anguss-Lage und mehr berücksichtigen. Der beste Weg, Teiledesigns für Kosteneffizienz, Produktionszeit und Effizienz zu optimieren, ist die Partnerschaft mit einem Fertigungsexperten, der entscheidende Ratschläge während des gesamten Designprozesses bieten kann.

Die Design- und Ingenieur-Experten bei Fast Radius können Ihnen helfen, häufige Formdesign-Schmerzpunkte zu bearbeiten, aktuelle Designs neu zu optimieren oder etwas völlig Neues zu schaffen. Wir können Ihren Entwicklungszyklus um bis zu 90 % verkürzen und Ihre Time-to-Market für jedes Produkt beschleunigen. Lassen Sie uns neue Dinge möglich machen – kontaktieren Sie uns noch heute.

Für weitere Informationen zu allem rund ums Spritzgießen, schauen Sie sich die verwandten Blog-Artikel im Fast Radius Resource Center an.

Bereit, Ihre Teile mit Fast Radius zu fertigen?

Angebot starten