Einführung

Das Spritzgießen ist ein additives Fertigungsverfahren für die Massenproduktion von kleinen bis mittelgroßen Teilen. Erhitztes Kunststoffgranulat wird unter Druck in eine Metallform gespritzt und abgekühlt, um das gewünschte Produkt zu formen. Das Spritzgießen wird häufig für die Herstellung von Kunststoffteilen in großen Stückzahlen verwendet und ist wohl das am weitesten verbreitete Verfahren zur Kunststoffherstellung.

In diesem Artikel werden die Vor- und Nachteile von Gitterstrukturen für den 3D-Druck erörtert.

Vorteile des Spritzgießens

Das Spritzgießen ist ein beliebtes Herstellungsverfahren, mit dem Teile hergestellt werden, indem ein Material in eine Form gespritzt wird. Die gängigsten Materialien sind thermoplastische oder wärmegehärtete Polymere. Die Form besteht in der Regel aus Stahl oder Aluminium. Das Kunststoffgranulat wird in eine Kammer gefüllt, in der das Material erhitzt und verflüssigt wird. Das verflüssigte Material wird in die Formen eingespritzt und man lässt es abbinden und aushärten, um die Form des Produkts zu erhalten. Mit dem Spritzgussverfahren können komplexe Formen mit guten Materialtoleranzen in Serie produziert werden. Bei thermoplastischen Materialien werden defekte Teile, Kanäle, Angüsse und andere Abfälle in der Regel als "wiedervermahlenes" Material wiederverwertet. Frisches Kunststoffgranulat kann mit recyceltem Kunststoffgranulat in bestimmten Prozentsätzen kombiniert werden, die in der Regel von der Qualitätssicherung festgelegt werden.

Der Ausschuss kann aus folgenden Bestandteilen bestehen:

 
  • Läufer
  • Portal
  • Schaft
  • Flash - Überlauf von Material, das aus der Form austritt.
 

Es gibt zwei große Kategorien von Kunststoffen: Duroplaste und Thermoplaste :

  • Duroplastische Materialien - Diese Materialien sind eine Art Polymer, das mit anderen Materialien vernetzt ist, um ein festes, nicht formbares Material zu bilden. Nach dem Aushärten können duroplastische Materialien nicht wieder geformt oder erhitzt werden, ohne sich zu zersetzen. Beispiele für duroplastische Materialien sind Epoxide, Polyurethane, Phenolharze und Silikone. Duroplastische Materialien werden häufig in Anwendungen eingesetzt, die eine hohe Festigkeit und Stabilität erfordern. Duroplaste werden häufig in Anwendungen eingesetzt, bei denen ein starkes und haltbares Material benötigt wird, das hohen Temperaturen standhalten kann und eine gute chemische Beständigkeit aufweist. Beispiele für duroplastische Materialien sind Epoxid, Phenolharze, Polyester und Vinylester.
  • Thermoplastische Materialien - Diese Polymermaterialien können während des Spritzgussverfahrens mehrfach geschmolzen und zu neuen Produkten verarbeitet werden. Überschüssiges Material und fehlerhafte Teile können in winzige Partikel zermahlen, wieder eingeschmolzen und mehrfach zu neuen Produkten verarbeitet werden. Die Materialien sind in der Regel leicht, langlebig und haben ein breites Spektrum an Anwendungsmöglichkeiten. Dazu gehören Konsumgüter, Verpackungen, Autoteile und medizinische Artikel.

Zu den vielen Vorteilen des Spritzgussverfahrens gehören :

  1. Massenproduktion/niedrige Kosten pro Teil - Die Fähigkeit, Massenprodukte konsistent herzustellen, ist der größte Vorteil des Spritzgussverfahrens. Die Herstellungskosten pro Stück sind niedrig, sobald die Investitionsausgaben bezahlt sind. Dieses Verfahren ist durchaus wünschenswert, da die Produktpreise tendenziell drastisch sinken, wenn die Anzahl der hergestellten Teile steigt.
  2. Geringe Ausschussraten - Das Spritzgussverfahren produziert im Vergleich zu herkömmlichen Herstellungsverfahren relativ geringe Ausschussraten.
  3. Produktkonsistenz - Das Spritzgussverfahren ist für seine Wiederholbarkeit und Konsistenz bekannt und eignet sich daher ideal für die Massenproduktion.
  4. Effizienter Prozess - Dieser Prozess ist schnell, konsistent und weist kurze Zykluszeiten auf. Formen mit mehreren Kavitäten erhöhen die Geschwindigkeit des Produktionszyklus noch weiter.
  5. Materialauswahl - Für die Gussindustrie steht eine große Auswahl an Materialien zur Verfügung. Darüber hinaus sind Kunststoffe, Gummi und Silikon als Materialien verfügbar.
  6. Maßgenauigkeit - Die Teile können mit engen Toleranzen hergestellt werden. Maßtoleranzen von +/- 0,005" sind keine Seltenheit.
  7. Wenig oder keine Nachbearbeitung - In der Regel ist nur eine minimale Nachbearbeitung erforderlich.

Das Spritzgießen ist ein weit verbreitetes Herstellungsverfahren, mit dem Teile für verschiedene Branchen hergestellt werden können, darunter die folgenden :

  • Transportwesen (einschließlich Automobil- und Luft- und Raumfahrtindustrie) - Spritzgusshersteller liefern eine Vielzahl von Teilen, darunter Tankdeckel, Knöpfe und Schalter, Griffe, Bremsbeläge und Karosserieverkleidungen.
  • Lebensmittel und Getränke - Lebensmittel- und Getränkeprodukte müssen den strengen Normen der Food and Drug Administration (FDA) entsprechen. Mithilfe des Spritzgussverfahrens können Lebensmittel- und Getränkeunternehmen diese Standards erfüllen, indem sie Produkte aus lebensmittelechten Materialien und Kunststoffen herstellen.
  • Pharmazeutische Produkte - Mithilfe des Spritzgussverfahrens werden verschiedene pharmazeutische Produkte hergestellt, darunter Spritzen, Flaschen, Inhalatoren, Verschlüsse, Diagnosekits und vieles mehr. Auch diese Teile erfüllen die Industrie- und Regierungsstandards in Bezug auf Materialzusammensetzung, Sterilisation, Gleichmäßigkeit und Qualität. 
  • Medizin - Der Spritzguss liefert eine große Menge an medizinischen Produkten, darunter medizinische Instrumente, Implantate, Prothesen, diagnostische Testkits, Geräteverpackungen, Produkte für die Operationsvorbereitung, Stethoskopteile, Röntgenkomponenten und Werkzeuge für die medizinische Forschung. Diese Produkte unterliegen denselben strengen Normen wie Arzneimittel, Lebensmittel und Getränke.
  • Konsumgüter - Es gibt eine Fülle von Artikeln, die für Konsumgüter im Kunststoffspritzgussverfahren hergestellt werden. Dazu gehören Haushaltsartikel, Elektronikgehäuse, Bauteile, Spielzeug, Autoteile, Freizeitartikel, Gartengeräte, Elektrowerkzeuggehäuse, Computer- und Telefonzubehör, Musikinstrumente usw.
  • Telekommunikation - Hierzu gehören Adapter, Stecker, Kabelbinder, Antennenhalterungen und andere Kommunikations- und Datenkabel.
  • Baugewerbe - Zu den Formteilen im Baugewerbe gehören Abfluss- und Sanitärarmaturen, Fenster- und Türrahmen, Dachziegel, Verkleidungen, Beschläge, andere architektonische Elemente, Isolationskomponenten, elektrische Anschlussdosen und andere Komponenten.

Nachteile des Spritzgießens

Die Spritzgussindustrie hat zwar viele Vorteile, wie jedes in Massenproduktion hergestellte Produkt, aber auch einige Nachteile. Diese werden im Folgenden aufgelistet:

  1. Hohe Kosten für Werkzeuge und Ausrüstung - Die Kosten für Spritzgussmaschinen sind hoch. Diese Maschinen kosten mehrere hunderttausend Dollar. Werkzeuge für die industrielle Produktion können zwischen 25.000 und 50.000 US-Dollar kosten. Prototypenwerkzeuge werden häufig zur Entwicklung eines teuren Werkzeugs verwendet.
  2. Formentwicklungsprozess - Die Lieferzeiten für Werkzeuge können bei komplexen Formen, die präzise Teile herstellen, bis zu 12 Wochen betragen. Die Entwicklung der Form erfordert häufig Änderungen am Werkzeug. Die Anordnung der Türen, Auswerfer usw. sind wesentliche Aspekte einer guten Produktentwicklung.
  3. Produktdesign - Der Designprozess kann kompliziert sein und oft sind Prototypen erforderlich, um die Kosten zu minimieren. Große Hinterschnitte müssen vermieden werden und erhöhen oft die Projektkosten. Angemessene Radien und Hinterschneidungen sind erforderlich, um die Teile aus der Form auszuwerfen. Die Wandstärke muss kontrolliert werden.
  4. Materialschrumpfung - Schrumpfung wird durch eine Kombination von Faktoren verursacht, darunter die Art des verwendeten Kunststoffmaterials, die Größe und Form des Formteils, die Wandstärke des Formteils, die Abkühlungsgeschwindigkeit des Kunststoffmaterials und die Formbedingungen. Diese Variablen müssen angepasst werden, um den Produktionsprozess zu optimieren.
  5. Risiko von Produktionsfehlern - Wenn die Form nicht richtig konstruiert ist oder die Prozessparameter nicht festgelegt sind, können Fehler auftreten und sich schnell ansammeln, wenn sie beim Einrichten und in der Produktion nicht angemessen kontrolliert werden.
  6. Beschränkungen für große Teile - Es gibt Größenbeschränkungen für Spritzgussmaschinen und Formen.
  7. Kleine Serien sind teuer - Der Formgebungsprozess ist darauf ausgerichtet, große Mengen zu produzieren, um die Kosten zu optimieren. Kleine Serien machen es schwierig, die mit der Einrichtung verbundenen Kosten zu absorbieren.
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