5 Trends in den Bereichen Formenbau, Kunststoff und Spritzguss, die 2021 bestimmen werden

Spritzgießen ist ein einfaches und effektives Herstellungsverfahren mit einer reichen Geschichte. Die erste Spritzgussmaschine wurde 1872 von John Wesley und Isaiah Wyatt entwickelt und verwendete einen Kolben, um Kunststoff durch einen beheizten Zylinder in eine Form einzuspritzen.

Die Spritzgussindustrie entwickelte sich nach dieser anfänglichen Entwicklung nur langsam, erlebte jedoch in den 1940er Jahren eine Renaissance, als der Zweite Weltkrieg einen Nachfrageschub nach Massenprodukten auslöste. James Watson Hendry baute 1946 die erste Extrusionsschnecken-Spritzgießmaschine, die den Ingenieuren mehr Kontrolle verschaffte, und leistete in der Folge zahlreiche Beiträge für die Industrie, die das definieren, was wir heute unter Spritzgießen verstehen.

Im Jahr 2020 ist Kunststoffspritzguss in den unterschiedlichsten Branchen zu finden, von der Luft- und Raumfahrt über Verpackungen bis hin zu Kinderspielzeug. Obwohl es diese Technologie schon seit vielen Jahren gibt, entwickelt sich der Bereich Spritzguss, Formenbau und Kunststoffe als Reaktion auf neue technologische Fortschritte, Marktstörungen und andere soziale und wirtschaftliche Faktoren weiter.

Hier sind fünf wichtige Branchentrends, die im kommenden Jahr wahrscheinlich die Richtung des Formenbaus, der Kunststoffe und des Spritzgusses prägen werden.

1. Ein globaler Wandel hin zur Nachhaltigkeit

Nachhaltigkeit ist ein wichtiger Aspekt für jede Art von Fertigung, aber die Kunststoffindustrie wurde in dieser Hinsicht besonders auf ihre Mängel hin untersucht. Seit 1950 wurden weltweit 8 Milliarden Tonnen Kunststoff produziert und nur 9 % davon wurden recycelt – die restlichen 91 % werden entweder verbrannt oder landen auf Deponien. Darüber hinaus wird geschätzt, dass allein die Fertigung 21 % aller Treibhausgasemissionen ausmacht.

Der Aufstieg des umweltbewussten Verbrauchers und ein breiterer kultureller Wandel in Richtung Nachhaltigkeit haben produzierende Unternehmen dazu inspiriert, ihre Abläufe zu überprüfen und darüber nachzudenken, wie sie Abfall reduzieren können. Dies kann den effizienteren Betrieb von Spritzgussmaschinen zur Energieeinsparung, die Herstellung von Produkten aus 100 % recycelten Materialien, die Implementierung erneuerbarer oder hybrider Energiequellen in Fertigungsanlagen, einen stärkeren Umgang mit Materialverschwendung und vieles mehr umfassen.

Obwohl der Nachhaltigkeitstrend vielversprechend ist, müssen Produktteams bedenken, wie sich diese Trends auf ihre Fähigkeit auswirken können, kritische Projektanforderungen zu erfüllen. Zum Beispiel können recycelte Materialien die physikalischen und mechanischen Eigenschaften des Endteils negativ beeinflussen.

Viele recycelte Kunststofffilamente auf dem heutigen Markt weisen Qualitätsprobleme auf, die die Fähigkeit beeinträchtigen, von einem Produktionslauf zum nächsten Teile von gleichbleibend hoher Qualität herzustellen. In diesem Fall ist die Verwendung von neuem Kunststofffilament möglicherweise der beste Weg, um ein sauberes, funktionsfähiges Teil zu erhalten. Die Abkehr von neuem Kunststoff und hin zu einer nachhaltigeren Zukunft wird Zeit und Forschung erfordern, aber für die meisten produzierenden Unternehmen ist es ein lohnendes Unterfangen.

2. Erneutes Interesse an Biokunststoffen

Inspiriert vom Nachhaltigkeitstrend erforschen viele Hersteller die Vorteile der Verwendung von Biokunststoff für den Formenbau und Spritzguss.

Biokunststoffe oder PLA-Biokunststoffe sind Alternativen zu erdölbasierten Kunststoffen, die aus Biomassen wie Mais, Zuckerrohr, Seetang oder sogar Garnelenschalen gewonnen werden. Biokunststoffe sind biologisch abbaubar, CO2-neutral und werden in natürlichen Umgebungen nur zu Biomasse, Kohlendioxid und Wasser abgebaut. Wenn Hersteller Produkte und Verpackungen aus Biokunststoffen herstellen, können sie dazu beitragen, Impulse für umweltfreundlichere Märkte zu setzen und Umweltschäden zu reduzieren.

Dieser Trend ist bereits vielversprechend. Laut European Bioplastics soll der globale Markt für Biokunststoffe bis 2023 um 25 % steigen. Obwohl PLA-Biokunststoffe umweltfreundlich sind und mechanische Eigenschaften bieten, die mit erdölbasierten Polyestern vergleichbar sind, müssen Produktteams die Einschränkungen dieses Materials berücksichtigen.

So sind Biokunststoffe beispielsweise nicht völlig schadstofffrei, da noch Ernte-, Veredelungs- und Transportkosten zu berücksichtigen sind, obwohl das Material selbst erneuerbar ist. Außerdem kann die Recyclingfähigkeit von Biokunststoffen leicht beeinträchtigt werden. Biokunststoffe werden häufig mit nicht recycelbaren Polymeren kombiniert, um ihre Festigkeit zu erhöhen, und diese hybriden Biokunststoffe zersetzen sich unter bestimmten Kompostierungsbedingungen innerhalb von drei Monaten zu ungiftigen Materialien. Wenn diese hybriden Biokunststoffe jedoch auf einer herkömmlichen Deponie landen, kann dieselbe Zersetzung mindestens 100 Jahre dauern. Kein Kunststoff ist perfekt, aber wir sind gespannt, welche Fortschritte bei Biokunststoffen 2021 bringen wird.

3. Experimentieren mit Materialalternativen

Im Jahr 2020 hat sich der Einsatz von Verbundwerkstoffen als einer der großen Trends in der Automobil- und Luftfahrtindustrie herausgestellt – und wir gehen davon aus, dass sich dieser Trend fortsetzen wird. Ein Verbundmaterial ist eine heterogene Mischung aus zwei oder mehr Materialien, die zu einem stärkeren Gesamtprodukt zusammengefügt werden. Ingenieure können das Material noch stärker machen, indem sie der umgebenden Polymermatrix Glas- oder Kohlefasern hinzufügen.

Pfund pro Pfund sind Verbundwerkstoffe stärker als Hochleistungsmaterialien wie Stahl und leichter, was sie ideal für viele Automobil-, Luft- und Raumfahrt- und Bauanwendungen macht. Verbundwerkstoffe bieten Produktteams eine langlebige, flexible und kostengünstige Alternative zu den Materialien, die sie für den Formenbau und den Spritzguss verwenden. Hersteller und Ingenieure sollten damit rechnen, im Jahr 2021 mehr Verbundwerkstoffe zu sehen, insbesondere da sie im medizinischen und militärischen Bereich an Bedeutung gewinnen.

4. Eine steigende Nachfrage nach leichten Materialien

Verbraucher und Hersteller wünschen sich generell leichtere Produkte. In der Automobil- und Luft- und Raumfahrtbranche bedeuten leichtere Teile oft einen besseren Kraftstoffverbrauch oder eine längere Batterielebensdauer.

Wenn es um die Herstellung medizinischer Geräte geht, können Gelenkersatz und Stents aus leichten Materialien die Behandlungsergebnisse für Patienten erheblich verbessern. Da der Leichtbautrend mit der zunehmenden Verwendung von Verbundwerkstoffen einhergeht, sollten Ingenieure und Produktteams Gewichtsüberlegungen leichter in ihre Konstruktionspläne für 2021 einbeziehen.

5. Verstärkter Einsatz von Automatisierung

Automatisierung und der verstärkte Einsatz von Software, maschinellem Lernen und fortschrittlicher Analytik in der Fertigung sind wachsende Trends, die sich voraussichtlich auch 2021 fortsetzen werden. Die heutige Programmierung ist einfacher als in den vergangenen Jahren, was zu schnelleren Produktionszyklen, reduzierten Ausfallzeiten und effizienterer Wartung führt .

Die Automatisierung bietet auch mehr Kontrolle über den Spritzgießprozess. Hersteller, Ingenieure und Produktteams sollten die Gelegenheit ergreifen, Software einzusetzen, um den Formenbau und das Spritzgießen voranzutreiben, falls sie dies noch nicht getan haben.

Konstrukteure und Produktteams sollten auch im Jahr 2021 die Mold-Flow-Analyse nutzen, um einen Wettbewerbsvorteil zu wahren. Die Formflussanalyse verwendet Software, um den Spritzgusszyklus zu simulieren und vorherzusagen, wie die Form gefüllt wird, was besonders während der Konstruktionsphase nützlich ist. Ingenieure können die Mold-Flow-Analyse verwenden, um auf Schrumpfung, Verzug, unregelmäßige Füllmuster und vieles mehr zu testen, bevor sie mit dem Prototyping fortfahren. Diese intelligente Software kann auch vorhersagen, wie die Form reagieren wird, wenn sie mit unter Druck stehendem geschmolzenem Material injiziert wird.

Die Technologie kann teuer sein, aber die technischen und wirtschaftlichen Vorteile überwiegen die Kosten bei weitem.

Ein Blick in die Zukunft des Formenbaus

2020 war ein unvorhersehbares und beispielloses Jahr. Einige Hersteller, Ingenieure und Produktteams könnten versucht sein, zum Status quo zurückzukehren, aber sie können im Jahr 2021 bessere Ergebnisse erzielen, wenn sie einige der wertvollen Möglichkeiten nutzen, die in den oben genannten Trends dargelegt sind. Automatisierung, Leichtbau und ein erneutes Engagement für eine umweltfreundliche Fertigung werden den Formenbau sicherlich sehr bald erschüttern. Ein erfahrener Fertigungspartner kann Produktteams dabei helfen, ihren nächsten Schritt zum besten Schritt zu machen.

Wenn Produktteams mit Fast Radius zusammenarbeiten, erhalten sie das Beste aus beiden Welten – Erfahrung und Innovation. Wir haben Jahre damit verbracht, die On-Demand-Fertigung mit mehreren Prozessen zu perfektionieren, und mit dieser soliden Grundlage können wir unsere Finger am Puls der Zeit halten, wenn es um Formenbau, Kunststoffe und Spritzguss geht. Unsere Partner können niedrige Ausschussquoten, niedrige Arbeitskosten und fachmännische Design- und Konstruktionsunterstützung während der gesamten Produktentwicklungs-, Produktions- und Erfüllungsphase erwarten. Kontaktieren Sie uns noch heute für ein Angebot – lassen Sie uns etwas Unglaubliches schaffen.

Weitere Einblicke in die Fertigungsindustrie und Trendprognosen für 2021 finden Sie in den entsprechenden Blogartikeln im Fast Radius Learning Center.

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