Fünf Designtipps für Urethanguss

Urethanguss ist ein vielseitiges traditionelles Herstellungsverfahren, bei dem ein 3D-gedrucktes Urmodell und eine Silikonform verwendet werden, um Kunststoffteile für den Endverbrauch herzustellen. Während des Urethangussverfahrens wird das Urmodell in eine versiegelte Box gelegt, mit flüssigem Silikon bedeckt und dann ausgehärtet. Nachdem das Silikon ausgehärtet ist, schneidet ein Hersteller es in zwei Hälften, um das Urmodell freizugeben – an diesem Punkt ist die gegossene Urethanform gebrauchsfertig.

Um kundenspezifische Urethan-Gussteile herzustellen, gießen Ingenieure Urethan-Gießharz – typischerweise ein Polyurethan-Material, das die physikalischen Eigenschaften des beim Spritzgießen verwendeten Kunststoffs nachahmen kann – in die Form und härten es in einem Ofen aus. Der letzte Teil erfordert im Allgemeinen wenig oder gar keine Nachbearbeitung.

Urethanguss ist weniger teuer und weniger zeitaufwändig als Hartwerkzeuge und eignet sich ideal für schnelles Prototyping und kleine bis mittlere Produktionsläufe komplexer Konstruktionen. Um das Beste aus diesem Herstellungsprozess herauszuholen, müssen Produktteams frühzeitig auf Herstellbarkeit hin konstruieren und die Formkonstruktion optimieren, um den Produktionsprozess zu rationalisieren und die Kosten niedrig zu halten. Hier sind fünf wichtige Designtipps für die Erstellung sauberer und funktionaler maßgefertigter Urethangussteile:

5 Top-Designtipps für Urethanguss

1. Gleichmäßige Wandstärke geben

Viele Ingenieure bevorzugen den Urethanguss gegenüber dem Spritzguss, da der erstere Prozess eine größere Variation der Wandstärken ermöglicht, aber es ist dennoch wichtig, sicherzustellen, dass ein bestimmtes Urethanformdesign gleichmäßige Wände aufweist. Einheitliche Wände reduzieren das Verformungsrisiko während des Aushärtens, stellen sicher, dass die Form vollständig und genau gefüllt wird, und mildern andere Designprobleme.

Eine Mindestwandstärke von 0,040 Zoll (1 mm) wird empfohlen, aber es gibt Fälle, in denen Wände in kleinen Teilen bis zu 0,020 Zoll (0,5 mm) dünn sein können. Bei größeren Teilen sollte die Wandstärke immer proportional zur Größe des Teils zunehmen, um sicherzustellen, dass die Wände ausreichend Halt bieten können.

2. Schwund berücksichtigen

Wenn sich zwei Wände mit unterschiedlichen Dicken in einer Urethan-Formkonstruktion kreuzen, kann es zu Schrumpfung kommen. Da sich dickere Wände langsamer verfestigen als dünnere Wände, schrumpft der Bereich, an dem sie an der nominellen Wand befestigt sind, wenn der Vorsprung – eine Rippe oder ein Vorsprung – schrumpft. Dadurch entsteht ein eingesunkener Bereich in der nominellen Wand. Um das Schrumpfen zu minimieren und eingesunkene Bereiche zu vermeiden, sollten Ingenieure sicherstellen, dass die Rippendicke zwischen 50 % und 60 % der Wände beträgt, an denen sie befestigt sind.

Dennoch schrumpfen Urethan-Gussteile manchmal aus anderen Gründen als einem Konstruktionsfehler der Urethan-Form. Die endgültigen Abmessungen eines Urethan-Gussteils hängen von der Genauigkeit des Urmodells und der Form, der Teilegeometrie sowie den Urethan-Gussmaterialien ab. Eine Schrumpfungsrate von 0,15 % wird als akzeptabel angesehen, aber Ingenieure sollten ihr Urethanformdesign überdenken, wenn die Schrumpfungsrate diesen Schwellenwert überschreitet.

3. Verwenden Sie Rippchen

Das Hinzufügen von Rippen zu einem Urethan-Formdesign kann die Festigkeit und Steifigkeit des Endteils erhöhen, ohne die Dicke zu erhöhen. Um Rippen richtig zu verwenden, sollten sich Ingenieure an die folgenden Richtlinien halten:

Höhe

Längere Rippen bieten eine größere Verstärkung, aber das Gießen einer langen Rippe kann das Formen des Teils erschweren. Aus diesem Grund sollte eine Rippe die dreifache Höhe ihrer Dicke nicht überschreiten. Um das Höhenproblem vollständig zu vermeiden, können Ingenieure mehrere kurze Rippen anstelle einer langen Rippe verwenden, um die Steifigkeit des Teils zu erhöhen.

Breite

Die Breite der Rippe am Schnittpunkt des Teils sollte 40 % bis 60 % der Dicke des Teils betragen. Wenn ein Verrundungsradius im Design enthalten ist, sollte dieser mindestens 25 % der Dicke des Teils betragen. Diese Parameter tragen dazu bei, die Rippe so stark wie möglich zu machen.

Entformungswinkel

Ingenieure müssen eine Rippe entwerfen, die die Möglichkeit des Absinkens verringert. Die Entformungswinkel für jede Seite sollten zwischen 0,25 und 0,5 Grad liegen und die Entformungswinkel jeder Seite sollten gleich sein. Fügen Sie für strukturierte Oberflächen eine zusätzliche Schräge von 1,0 Grad pro 0,025 (0,001 Zoll) Tiefe der Textur hinzu.

Abstand

Ingenieure sollten aufeinanderfolgende Rippen mindestens doppelt so dick voneinander entfernt anordnen, um das Gewicht des Teils gleichmäßig auf alle Rippen zu verteilen.

Orientierung

Die Ausrichtung der Rippen bestimmt, wie und wo das Teil Spannungen ausgesetzt ist, daher sollten Ingenieure darauf achten, die Rippen so anzuordnen, dass die Biegesteifigkeit des Teils maximiert wird. Wenn die Rippen in der falschen Position platziert werden, haben sie keinen positiven Einfluss auf die Festigkeit des Teils.

Produktteams sollten bei der Arbeit mit Rippen auch auf Schnittpunkte und Einsenkungen achten. An dem Punkt, an dem eine Rippe das Teil schneidet, kann eine schwere Rippe dazu führen, dass das Teil eintaucht. Um ein Einsinken am Schnittpunkt der Rippen zu vermeiden, können Ingenieure Verrundungen verwenden, um die Spannung auf der Oberfläche des Teils zu verringern und das Einsinken auf der gegenüberliegenden Seite des Teils zu reduzieren. Die Radien der Rundungen sollten mindestens ein Viertel der Dicke des Teils betragen. Darüber hinaus reduziert das Entkernen oder Leichtmachen des Teils die verwendete Materialmenge und trägt dazu bei, eine gleichmäßige Wandstärke im gesamten Teil aufrechtzuerhalten.

Rippen können die Leistung eines Endteils dramatisch verbessern, aber Ingenieure und Produktteams sollten sich nicht hinreißen lassen. Rippen sind nur nützlich, wenn das Teil eine zusätzliche Verstärkung erfordert. In Situationen, in denen dies nicht der Fall ist, werden Rippen oft falsch platziert und tragen wenig zur Verbesserung der Festigkeit oder Steifigkeit des Teils bei. Außerdem erhöhen unnötige Rippen das Gewicht und den Preis des Teils, verursachen Formprobleme und tragen zur Materialverschwendung bei. Ingenieure und Produktteams sollten diese Überlegungen berücksichtigen, wenn sie entscheiden, ob ihr Urethanformdesign eine Rippe erfordert oder nicht.

4. Berücksichtigen Sie Formschrägen und Hinterschneidungen

Zugluft und Hinterschneidungen sind beim Urethanguss kein Problem, da flüssiges Silikon die Form jeder Form annehmen kann. Wenn ein Ingenieur jedoch Urethanguss verwendet, um einen Prototyp zu bauen, der schließlich mit einem anderen Verfahren wie Spritzguss hergestellt wird, sollte er das Design so erstellen, wie es für die Endverbrauchsproduktion vorgesehen ist. Dies kann das Einarbeiten von Formschrägen und Hinterschneidungen beinhalten. Lange Merkmale ohne Formschräge gehen mit einem geringen Bruchrisiko des Teils einher, wenn das Teil aus der Form entnommen wird, daher kann ein leichter Winkel nützlich sein, insbesondere bei größeren Produktionsläufen.

5. Achten Sie auf genügend Abstand zwischen Buchstaben und Logos

Mit Urethanguss ist es für Designer einfach, hochwertige erhabene oder vertiefte Buchstaben und Logos in kundenspezifische Urethangussteile zu gießen. Um sicherzustellen, dass Buchstaben so schön und lesbar wie möglich sind, sollten Designer die Höhe oder Feature-Tiefe, Feature-Breite, Radien auf dem Feature und den Abstand zwischen Features im Auge behalten.

Produktteams sollten zwischen den Merkmalen mindestens 0,050 Zoll Abstand lassen, obwohl dies je nach den Einzelheiten des Designs variieren kann. Alle Radien sollten mindestens der halben Feature-Höhe entsprechen, größere Radien sind aber noch besser. Schließlich sollte die Breite aller Logos oder Buchstaben der doppelten Höhe entsprechen.

Optimieren Sie Ihre Urethan-Gussteile

Beim Urethanguss und dem Design für die Herstellbarkeit reichen ein paar kleine Designänderungen aus. Ingenieure und Konstrukteure sollten versuchen, einheitliche Wandstärken beizubehalten, Schrumpfung zu berücksichtigen und sicherzustellen, dass sie Rippen effektiv verwenden. Produktteams können die Herstellbarkeit weiter optimieren, indem sie Designs so erstellen, wie sie für die Endverbraucherproduktion vorgesehen sind, und sicherstellen, dass sie genügend Platz zwischen Buchstaben und Logos lassen, um die Ästhetik zu verbessern.

Ein erfahrener Fertigungspartner wie Fast Radius kann Produktteams dabei helfen, das Design für die Herstellbarkeit zu vereinfachen. Wir sind begeistert von der Entwicklung von Produkten, die einst für unmöglich gehalten wurden, und legen Wert darauf, mit den neuesten digitalen Designtechnologien Schritt zu halten.

Produktteams, die eine bahnbrechende Anwendung entwickeln oder ein bestehendes Urethan-Formdesign optimieren möchten, können von der jahrelangen Erfahrung unseres Konstruktionsteams in allen Herstellungsprozessen profitieren. Kontaktieren Sie uns noch heute, um mit Ihren maßgefertigten Urethan-Gussteilen zu beginnen.

Weitere Designtipps und Informationen zum Urethanguss finden Sie in den entsprechenden Artikeln im Lernzentrum von Fast Radius.

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