Was Sie über Materialkompatibilität beim Multimaterial-Spritzguss wissen müssen

Multi-Material-Spritzguss ist ein Überbegriff für alle Spritzgussverfahren, bei denen zwei oder mehr unterschiedliche Materialien zu einem einzigen Kunststoffteil verbunden werden. Die gebräuchlichsten Arten des Multimaterial-Spritzgusses sind Overmolding und Two-Shot-Spritzguss.

Umspritzen ist ein Prozess, der ein einheitliches Produkt aus zwei oder mehr verschiedenen Thermoplasten bildet. Während dieses Prozesses formt ein Techniker ein Substrat aus dem starren Overmold-Material und platziert das Substrat dann in einem Overmold-Hohlraum in einem separaten Werkzeug. Dann wird das geschmolzene Overmold-Material in, auf oder um das Substrat herum ausgestoßen. Beim Abkühlen der Thermoplaste werden die Materialien entweder chemisch oder mechanisch verbunden – was dem Endprodukt ein hohes Maß an Festigkeit und Haltbarkeit verleiht. Während dies die Gemeinkosten eines Werkzeugs in die Höhe treibt, können Sie später ein Vermögen sparen, da kein Montageprozess erforderlich ist und somit Arbeits- und Ressourcenkosten gesenkt werden.

Sie können viele der gleichen Eigenschaften mit dem Zwei-Schuss-Spritzguss erzielen, der auch als Double-Shot-Spritzguss bezeichnet wird. Der Unterschied zwischen Overmolding und Two-Shot-Molding besteht darin, dass ersteres mit zwei Werkzeugen erfolgt, während letzteres mit einem Werkzeug erfolgt. Beim Zweistufen-Spritzgießen wird das erste Material in eine Form eingespritzt, um das Substrat zu erzeugen, das dann nach dem Erstarren und Abkühlen durch ein Werkzeug am Ende des Arms in die andere Kammer der Form überführt wird. Danach öffnet sich die Form und die Seite mit dem Substrat dreht sich um 180°, um auf die andere Formkammer zu treffen. Sobald das Substrat platziert ist, spritzt die Spritzgussdüse das zweite Material in die Kavität und verbindet es mit dem Substrat.

Aus der Overhead-Perspektive ist das Zwei-Schuss-Spritzgießen teurer in der Konstruktion und im Bau, aber es ist schneller und besser geeignet für Produktionsläufe mit hohen Stückzahlen als das Umspritzen. Das Umspritzen erfordert Handarbeit, da jemand den ersten Teil der Form physisch entfernen und in die zweite Form einsetzen muss, was nur für kleinere Produktionsgrößen wirtschaftlich ist.

Da die Materialien beim Umspritzen und Zweikomponenten-Spritzgießen miteinander verbunden werden müssen, müssen die Kunststoffe miteinander kompatibel sein. Die Materialverträglichkeit, die ihren Ursprung in der chemischen Verträglichkeit hat, ist ein Maß dafür, wie stabil ein Material ist, wenn es mit einem anderen Material in Kontakt kommt. Wenn zwei Materialien miteinander in Kontakt kommen und eine chemische Reaktion hervorrufen, sind sie nicht kompatibel und können nicht zusammen im Multimaterial-Spritzguss verwendet werden.

Für Materialien, die chemisch nicht kompatibel sind, wird normalerweise eine formschlüssige Befestigung oder eine mechanische Verbindung empfohlen. Dadurch werden die beiden Materialien ohne chemische Bindung miteinander verbunden.

Hier ist, was Sie über die Auswahl von duroplastischen Spritzgussmaterialien basierend auf der Materialkompatibilität und der Verhandlung anderer Faktoren wie Reibung, Verschleiß und Haftung wissen müssen:

Schlüsselüberlegungen zur Auswahl des Spritzgussmaterials

Wenn es um das Spritzgießen von mehreren Materialien geht, kann das versehentliche Mischen zweier inkompatibler Materialien katastrophale Folgen haben. Im besten Fall bemerken Sie einen schrecklichen Geruch, der den Boden des Produktionsraums durchdringt. Im schlimmsten Fall könnte der Zylinder Ihrer Spritzgießmaschine in Stücke explodieren. Um nachteilige Ergebnisse zu vermeiden, müssen Ingenieure und Produktteams Harze sorgfältig auswählen und sicherstellen, dass keine Kontraindikationen vorliegen.

Sie können eine Kompatibilitätstabelle für Overmolding-Materialien wie diese verwenden, um zu prüfen, ob zwei Ihrer potenziellen Materialien kontraindiziert sind. Als allgemeine Regel sollten die folgenden gängigen Spritzgussmaterialien niemals zusammen verwendet werden:

• Acetal mit PVC oder CPVC
• Ionomer mit Acetal, PVC oder CPVC
• TPV mit Acetal, PVC oder CPVC

Sie können die vollständige Tabelle der chemisch kompatiblen Overmolding-Materialien herunterladen, um zu prüfen, ob Ihre gewünschten Materialien chemisch kompatibel sind oder ob sie besser für eine positive Befestigungsfunktion geeignet wären.

Wenn Sie denselben Maschinenzylinder und dieselbe Schnecke verwenden, um zwei Harze zu verarbeiten – sogar Harze, die nicht miteinander reagieren sollten – stellen Sie sicher, dass Sie alle Maschinen zerlegen und gründlich reinigen, bevor Sie mit der Verarbeitung fortfahren. Schon kleinste Spuren von spritzgegossenen Duroplasten können eine Reaktion hervorrufen.

Wie Reibung, Adhäsion und Verschleiß den Multimaterial-Spritzguss beeinflussen

Tribologie ist die Untersuchung von Reibung und Verschleiß, die zwischen zwei sich gegeneinander bewegenden Oberflächen auftreten, hauptsächlich in Bezug auf Schnappverschlüsse oder ineinandergreifende Teile. Um die Reibung zu reduzieren und die Leistung Ihres Endteils zu verbessern, müssen Sie neben ihrer Kompatibilität auch die tribologische Leistung Ihrer zukünftigen Materialien berücksichtigen. Beispielsweise wären ein verschleißfestes Polymer wie HDPE oder ein glattes Material wie Acetal gute Kandidaten für einen Clip mit Schnappverschluss, da diese Materialien glatt genug sind, um ein Hängenbleiben an raueren Stellen zu vermeiden, und äußerst verschleißfest sind.

Um den Verschleiß weiter zu reduzieren, sollten Ingenieure erwägen, während des Zweikomponenten-Spritzgussverfahrens Metalleinsätze anstelle von Kunststoff zu verwenden. Die Materialverträglichkeit ist bei Metalleinsätzen weniger wichtig – Sie müssen nur sicherstellen, dass eine solide mechanische Verbindung entsteht, wenn der Kunststoff über und um den Einsatz gespritzt wird, was die Gestaltung eines formschlüssigen Befestigungsmerkmals erfordert. Bronze und Messing sind erschwingliche Optionen, aber sie neigen dazu, sich mit der Zeit abzunutzen. Um Reibung und Verschleiß zu berücksichtigen, nehmen Sie sich die Zeit, die Tribologie zu verstehen und darüber nachzudenken, wie gut Ihre zukünftigen Materialien im Laufe der Zeit halten werden.

Auch wenn Overmolding und Two-Shot-Spritzguss zwei Materialien chemisch oder mechanisch miteinander verbinden, kann es immer noch zu Haftungsproblemen kommen, insbesondere bei TPE. TPE ist ein gängiges Spritzgussmaterial, haftet jedoch in einigen Fällen nicht gut am Substrat, was zum Ablösen, Kräuseln, Ausfransen oder Delaminieren von Materialschichten führen kann. Wenn Ihr Design die Verwendung von TPE erfordert, können Sie die Haftung verbessern, indem Sie sicherstellen, dass die geschmolzene Kunststoffauflage nicht zu dünn ist. Wenn die Auflage weniger als 1/16 Zoll dick ist, kühlt das Material möglicherweise zu schnell ab, um richtig auf dem Substrat zu haften. Ähnliche Probleme treten auf, wenn das Verhältnis von Länge zu Dicke nicht proportional ist.

Sie können auch unabhängig vom verwendeten Elastomer die Haftung verbessern, indem Sie diese Tipps ausprobieren:

• Gestalten Sie einen abrupten Übergang zwischen dem Substrat und dem Overlay, um ein Ausdünnen zu vermeiden
• Verwenden Sie eine Absperrung, um einen harten Stopp für das geschmolzene Material zu schaffen und Kräuselungen oder potenzielle Reißstellen zu vermeiden
• Stellen Sie eine ausreichende Entlüftung im Werkzeug sicher, um zu verhindern, dass während des Umspritzens Luft in der Kavität eingeschlossen wird
• Halten Sie Einsätze und Substrate sauber, was ihnen hilft, bessere Bindungen zu bilden
• Einsätze vorwärmen, um die Haftfestigkeit zu verbessern

Beherrschen Sie die Materialauswahl für Spritzgussformen mit Fast Radius

Multimaterial-Spritzguss ist ein hervorragendes Herstellungsverfahren zum Bau langlebiger Teile, die sich im Laufe der Zeit nicht trennen. Allerdings kann man für das Two-Shot-Spritzgussverfahren nicht einfach zwei beliebige Thermoplaste verwenden. Kompatibilität des Zweikomponenten-Spritzgussmaterials und Faktoren wie Adhäsion, Reibung und Verschleiß führen zu zusätzlicher Komplexität bei der Materialauswahl. Ein erfahrener Fertigungspartner wie Fast Radius kann den gesamten Prozess entmystifizieren, die Materialauswahl vereinfachen, Teiledesigns optimieren und die Produktion beschleunigen.

Wenn Sie weitere Fragen zur Materialkompatibilität für Overmolding oder Zweikomponenten-Spritzguss haben, wenden Sie sich noch heute an die Designer von Fast Radius. Unser Designteam verfügt über jahrelange Erfahrung bei der Unterstützung von Produktteams bei der Auswahl des richtigen Materials für ihr nächstes Projekt. Lassen Sie uns gemeinsam etwas Unglaubliches schaffen.

Um mehr über Spritzgussservices zu erfahren oder andere Anleitungen zur Materialauswahl zu erkunden, lesen Sie weitere Artikel im Fast Radius-Ressourcenzentrum.

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