Urethanguss vs. Spritzguss:Ein Design-for-Manufacturability (DFM)-Leitfaden

Veröffentlicht am 10. Januar 2022

Ursprünglich veröffentlicht auf fastradius.com am 10. Januar 2022

Design for Manufacturability (DFM) ist die Kunst, Teile herzustellen, die einfach herzustellen und kostengünstig sind und strenge Qualitätsstandards erfüllen. Durch die Integration der Realitäten der gewählten Fertigungsmethode in die frühen Entwurfsphasen können Ingenieure die Produktionszeit verkürzen, Materialverschwendung reduzieren und kostspielige Neukonstruktionen vermeiden.

Während sowohl Spritzguss als auch Urethanguss für die Herstellung von Kunststoffkomponenten beliebt sind, gelten für beide unterschiedliche DFM-Richtlinien. Dieser Leitfaden schlüsselt die wichtigsten Unterschiede auf, hilft Ihnen bei der Entscheidung, welche Methode für Ihr Projekt geeignet ist, und erläutert die entscheidenden Designüberlegungen für jede Methode.

Urethanguss vs. Spritzguss

Beim Spritzgießen besteht der erste Schritt darin, mithilfe der CNC-Bearbeitung einen Präzisionswerkzeugsatz – typischerweise aus Stahl oder Aluminium – zu entwerfen und herzustellen. Die Geometrie der Form wird durch das Teil bestimmt, sodass komplexe Merkmale oft zusätzliche Elemente wie Schieber, Heber oder abnehmbare Kerne erfordern. Sobald der Kern und die Kavität zusammengebaut sind, wird geschmolzener Kunststoff eingespritzt, abgekühlt, verfestigt und ausgeworfen, um das fertige Teil zu bilden.

Der Urethanguss hingegen beginnt mit einem Urmodell, das durch CNC-Bearbeitung oder 3D-Druck erstellt wird. Das Modell wird in einen Formkasten gelegt, mit flüssigem Silikon gefüllt und ausgehärtet. Nach dem Aushärten wird die Form geteilt und gibt einen Hohlraum frei, der der Form des Teils entspricht. In diesen Hohlraum wird Urethanharz gegossen und in einer beheizten Vakuumkammer ausgehärtet.

Beide Verfahren haben das Grundprinzip des Füllens eines Formhohlraums gemeinsam, ihre Werkzeuge, Kostenstrukturen und Leistungsmerkmale unterscheiden sich jedoch erheblich:

• Werkzeugmaterial: Spritzgussformen bestehen typischerweise aus Stahl oder Aluminium und bieten eine hohe Haltbarkeit und Dimensionsstabilität. Urethan-Gussformen verwenden Silikon, das flexibel und kostengünstig, aber weniger steif ist.
• Kosten: Komplexe Spritzgussformen können Zehntausende von Dollar kosten, wohingegen Urethan-Gussformen normalerweise im Bereich von Hunderten bis niedrigen Tausenden liegen.
• Vorlaufzeit: Die Herstellung von Spritzgussformen kann mehrere Monate dauern, wohingegen Urethan-Gussformen in weniger als zwei Wochen fertig sein können.
• Designtoleranz: Die Toleranzen beim Urethan-Guss sind aufgrund der Flexibilität des Silikons geringer, während beim Spritzgießen dank starrer Metallwerkzeuge engere Toleranzen erreicht werden können.
• Funktionsflexibilität: Urethanguss verzeiht Wandstärkenschwankungen und Hinterschneidungen besser, wohingegen Spritzguss eine sorgfältige Konstruktion erfordert, um Auswurfprobleme zu vermeiden.

Wählen Sie Spritzguss für Großserien oder Teile, die enge Toleranzen und gleichbleibende Qualität erfordern. Die Vorabinvestition in die Werkzeuge zahlt sich aus, sobald die Produktion auf Tausende von Einheiten angewachsen ist. Für Prototypen, Kleinserienproduktion oder schnelle Designiterationen bietet Urethanguss Geschwindigkeit, Flexibilität und Kosteneinsparungen.

Die wichtigsten DFM-Anliegen für Urethanguss und -spritzguss

Erfolgreiches DFM hängt von drei Hauptparametern ab:Toleranzen, Wandstärke und Hinterschnitte. Nachfolgend finden Sie Best Practices für jeden Herstellungsweg.

Toleranzen

Jeder Prozess weist inhärente Maßabweichungen auf. Beim Urethanguss kann die leichte Bewegung der Silikonform unter Vakuum zu inkonsistenten Abmessungen führen, wodurch sie für Komponenten, die enge Toleranzen erfordern, ungeeignet ist. Da Spritzgussformen steif sind, bieten sie präzisere Abmessungen, weisen jedoch beim Abkühlen des Kunststoffs immer noch eine geringfügige Schrumpfung auf. Ingenieure sollten Toleranzfenster festlegen, die die Fähigkeiten der gewählten Methode widerspiegeln, und das Design entsprechend anpassen.

Es ist wichtig, ein Gleichgewicht zwischen einer Untertoleranz (billiger, aber riskanter) und einer Übertoleranz (kostspieliger, aber zuverlässiger) herzustellen. Berücksichtigen Sie Teilefunktionen, Toleranzstapel und Montagebeschränkungen. Wenn Ihr Design mit der ausgewählten Methode die erforderlichen Toleranzen nicht einhalten kann, wechseln Sie entweder zu einer anderen Technologie oder erstellen Sie ein neues Design mit geringeren Toleranzen.

Wandstärke

Eine gleichmäßige Wandstärke fördert die Teilekonsistenz, eine optimale Spannungsverteilung und reduziert Herstellungsfehler. Beim Spritzgießen werden bei den meisten Anwendungen typischerweise Wandstärken von 1–4 mm angestrebt, während die Gesamtdicke unter 5 mm bleibt. Urethan-Gussteile sind für unterschiedliche Dicken geeignet, übermäßige Schwankungen können jedoch während der Aushärtung zu Schrumpfung oder Verformung führen. Streben Sie bei beiden Verfahren eine maximale Wandstärke von 5 mm an.

Hinterschnitte

Hinterschneidungen – Merkmale, die das Auswerfen von Teilen behindern – sind bei starren Spritzgussformen problematischer. Um dies zu mildern, können Hersteller Schieber hinzufügen, Kerne erstellen, die entfernt werden können, oder das Merkmal so umgestalten, dass es an der Teilungsachse der Form ausgerichtet ist. Die Silikonform des Urethangusses kann gebogen werden, um Hinterschnitte freizugeben, wodurch komplexe Geometrien besser verzeiht werden können.

Indem Sie Hinterschneidungen frühzeitig in der Entwurfsphase berücksichtigen, vermeiden Sie kostspielige Werkzeugänderungen oder Umrüstungen.

Design für die Fertigung mit SyBridge

Unabhängig davon, ob Sie Urethanguss oder Spritzguss bevorzugen, spart die Integration von DFM in Ihr Design Zeit und Geld. Das erfahrene Team von SyBridge kann Ihnen bei der Auswahl der richtigen Toleranzen, Wandstärken und Hinterschneidungslösungen helfen, die auf die Anforderungen Ihres Projekts zugeschnitten sind. Kontaktieren Sie uns noch heute, um eine Beratung zu starten, die Qualität und Kosteneffizienz garantiert.