Schnellspritzgussverfahren

Rapid Injection Molding (Schnellspritzgießen) ist ein Verfahren, bei dem Spritzgusstechniken eingesetzt werden, um eine schnelle Produktion von hochwertigen Kunststoffteilen zu ermöglichen. Durch die Kombination von Schnelligkeit und Effizienz mit Technik werden viele langlebige Industrie- und Konsumgüter zu niedrigen Werkzeugkosten hergestellt. NC-Bearbeitungswerkzeuge und Aluminiumstangen sind die am häufigsten verwendeten Ausrüstungen im RIM-Verfahren, was zur Reduzierung der Vorlaufzeit und der Produktionskosten beiträgt. RIM spielt eine wichtige Rolle beim Rapid Prototyping und schlägt somit eine Brücke zwischen Prototyping und Serienfertigung. Mit RIM hergestellte Teile können zwischen einigen wenigen Einheiten und Tausenden von Teilen liegen. Daher ist dieses Verfahren die erste Wahl für Branchen, die Wert auf Geschwindigkeit, Designflexibilität und Herstellbarkeit legen.

Methoden für schnelles Spritzgießen

Das Schnellspritzgießen ist eine vereinfachte Version des herkömmlichen Spritzgießens, deren Hauptzweck darin besteht, Teile in kürzerer Zeit herzustellen. Dieses Verfahren erfordert innovative Techniken und fortschrittliche Technologie, um das Ziel der Verfeinerung des Designs zu erreichen. Diese Methode hat die Art und Weise, wie die Industrie ihre Produkte entwickelt, verändert. Unabhängig davon, ob Sie ein Produktdesigner oder ein Hersteller sind, der seine Produktion verbessern möchte, ist es wichtig, die Methoden zu erforschen, die für diesen Prozess verwendet werden.

Rapid Prototyping für die Formherstellung

Unter Prototyping versteht man die Erstellung eines voll funktionsfähigen Modells eines neuen Designs, das vor der Massenproduktion verbessert oder verfeinert werden soll. Prototyping ist eine wertvolle Versicherung gegen Konstruktionsfehler, Toleranzen oder Passungen und Qualität. Rapid Prototyping ermöglicht die rasche Herstellung von Formen und Formeinsätzen, wodurch das Spritzgießen beschleunigt werden kann. Erreicht wird dies unter anderem durch folgende Maßnahmen:

1. 3D-Druck

Diese Technologie ermöglicht die Erstellung von Formen mit einem gewissen Grad an Komplexität, im Gegensatz zu anderen traditionellen Formenbauverfahren wie der CNC-Bearbeitung. Das Material wird auf der Grundlage von CAD-Entwürfen Schicht für Schicht aufgetragen. Im Vergleich zu herkömmlichen Formenbauverfahren eignet sich die additive Fertigung hervorragend für komplexe Geometrien, schnelles Prototyping und Kleinserienfertigung. 3D-gedruckte Formen weisen außerdem eine verbesserte Materialkompatibilität auf und sind oft ideal für den Silikon- und Metallguss. Die am häufigsten verwendeten Materialien sind SLA-Harz (Stereolithographie) oder metallgefüllte Polymere.

2. Direktes Metall-Laser-Sintern (DMLS)

DMLS ist eine fortschrittlichere Form des 3D-Drucks. Es wird in der Regel für die Herstellung von Metallformen verwendet. Ein Hochleistungslaser verschmilzt die Metallpulver und Ablagerungen, um die Form direkt aus CAD-Daten zu erstellen.

Aluminium-Formen

Aluminiumlegierungen gelten als die beste Alternative zu Stahlformen, da sie für die Maschine schneller sind. Außerdem erhöht Aluminium die Festigkeit und Härte der Form und bietet gleichzeitig die Vorteile von Leichtigkeit und Wärmeleitfähigkeit. Sie sind auch billiger, etwa halb so teuer wie Stahlformen.

Aluminium-Spritzgussformen sind eine bessere Wahl als 3D-gedruckte Formen, da letztere die Material- und Teilekomplexität begrenzen und keine große Maßgenauigkeit bieten. Daher eignen sich Aluminium-Spritzgussformen am besten für die Herstellung von Prototypen und kurze Produktionszeiten.

Soft-Tooling

Diese werden aus nichtmetallischen oder weicheren Materialien wie Urethan, Silikon und einigen Arten von Kunststoffen ausgeschnitten, um die Bearbeitung der Kavität zu erleichtern. Haltbarkeit und Langlebigkeit sind in diesem Fall keine primären Anforderungen, was sie ideal für die Prototypenherstellung und eine begrenzte Produktion macht.

Modulare Formsysteme

 Der modulare Formenbau besteht aus einer festen Seite (standardisierte Basis) und einer Auswerferseite, die die austauschbaren Module bilden. Zu diesen Modulen gehören ein Schieber und Blindmodule. Die austauschbaren Komponenten (kundenspezifische Einsätze) ermöglichen es dem Hersteller, sich an Formen für unterschiedliche Anwendungen und Konstruktionen anzupassen, ohne dass ein völlig neues Werkzeug erforderlich ist. Die Einsätze werden mit bestimmten Teilegeometrien entworfen, da die Basis bei verschiedenen Projekten konstant bleibt. In den meisten Fällen wird die Produktion von Kleinserien unterstützt, aber durch Modifikation und Aufrüstung der Einsätze sind auch höhere Stückzahlen möglich.

Brückenkonstruktion

Beim Schnellspritzgießen werden Brückenwerkzeuge verwendet, um zeitlich begrenzte Lösungen zu bieten, indem sie als Brücke vom Prototyping zur Serienproduktion dienen. Die Hersteller nutzen es, um den unmittelbaren Produktionsbedarf zu decken, während sie Dauerformen entwickeln.

Digitale Formgestaltung und Simulation

Digitale Werkzeugkonstruktion und -simulation sind fortschrittliche Technologien, die bei modernen Spritzgießverfahren nicht ignoriert werden können. Die Hersteller können fortschrittliche Software wie CAD und CAE nutzen, um die Formgestaltung zu optimieren und eine höhere Genauigkeit zu erreichen. Auch die Hochgeschwindigkeits- und Schnelldurchlaufbearbeitung trägt zur Beschleunigung der Werkzeugproduktion bei.

Unterschiede zwischen traditionellem Spritzgießen, Schnellspritzgießen und Prototyp-Spritzgießen

Das Grundprinzip dieser Verfahren ist das Einspritzen von geschmolzenem Material in eine Form. Sie unterscheiden sich jedoch durch Geschwindigkeit und Flexibilität. Traditionelles Spritzgießen ist mit einer Großserienproduktion verbunden, die eine längere Lebensdauer der Werkzeuge und eine längere Zeitspanne erfordert. Schnelles Spritzgießen konzentriert sich auf einen gesteigerten Produktionsprozess, der für kleine Auflagen und kurze Durchlaufzeiten geeignet ist.

Andererseits, Prototyp-Spritzgießen ist ein Produktionsverfahren, das ein schnelles Prototyping vor der eigentlichen Großserienproduktion ermöglicht. Das Prototyping ist eine Form der Herstellung eines Modells eines neuen Designs, um kundenspezifische Teile herzustellen oder ein bestehendes Design zu verbessern.

Vorteile und innovative Punkte des Schnellspritzgießverfahrens

Geschwindigkeit und Effizienz

Das ist einer der wichtigsten Vorteile des Schnellspritzgießens. Mit diesem Verfahren können Teile in Tagen oder wenigen Wochen statt in Monaten hergestellt werden. Prototypen werden schneller entwickelt und erreichen die Produktionsstufen. Dies hilft dabei, Wettbewerber auf dem Markt zu überholen und Konzepte zu testen. Der Einsatz fortschrittlicher Technologie zur Aufrechterhaltung von Konsistenz und Qualität in der Produktion führt zu einem kontinuierlichen Produktionsprozess und Effizienz.

Kosten-Wirksamkeit

RIM ist erschwinglicher, vor allem für Prototypen und kleine bis mittlere Produktionsmengen. Die Wahl von Aluminiumformen und CNC-Bearbeitung minimiert die Werkzeugkosten, da Aluminium preiswerter ist als Stahlformen. Diese Erschwinglichkeit ermöglicht es Unternehmen, innerhalb eines kontrollierten Budgets qualitativ hochwertige Produkte herzustellen.

Flexibilität bei der Gestaltung

Die Flexibilität des Werkzeugdesigns ermöglicht die Erstellung komplizierter Designs und komplexer Geometrien. Es ermöglicht auch die Anpassung von Formen durch seitliche Aktionen und Handladeeinsätze.

Nachhaltige Produktion und Abfallvermeidung

Die Genauigkeit und Präzision des Schnellspritzgießens führen zu weniger Abfallprodukten, die umweltfreundlichen Praktiken entsprechen. Die Schonung von Ressourcen durch den effizienten Einsatz von Materialien trägt zur Nachhaltigkeit bei und hilft, einen ökologischen Fußabdruck zu erhalten.

Integration der additiven Fertigung.

Der Einsatz von 3D-Druck ermöglicht die Entwicklung von detaillierten Formeinsätzen aus Materialien wie SLA Harz oder metallgefüllte Polymere. Diese Eigenschaften lassen sich durch herkömmliche Bearbeitung nicht leicht erreichen.

QA und Wiederholbarkeit

Die Einführung von Echtzeit-Überwachungs- und Qualitätssicherungssystemen hilft bei der Aufrechterhaltung der Produktionsabläufe und garantiert, dass jedes Bauteil den Anforderungen und den festgelegten Standards entspricht.

Die kontinuierliche Überwachung durch statistische Prozesskontrolle (SPC) stellt sicher, dass die Komponenten konsistent sind und den statistischen Daten entsprechen.

Allgemeine Kundenbedürfnisse und Kosten-Nutzen-Analyse des Schnellspritzgießens

Die Erfüllung kritischer Kundenanforderungen ist einer von vielen Faktoren, die in eine Kosten-Nutzen-Analyse des Schnellspritzgießens einfließen. In der Regel legen die Kunden Wert auf Flexibilität, Schnelligkeit, Kosteneffizienz und Qualität, und das Schnellspritzgießen gleicht diese Anforderungen aus, indem es den Herstellern ein günstiges Kosten-Nutzen-Verhältnis bietet.

Kundenbedürfnisse

Kürzere Vorlaufzeit und schnelle Produktionszyklen ermöglichen es den Kunden, den Anforderungen des Marktes gerecht zu werden, z. B. bei wechselnden Produkttrends und der Einführung neuer Produkte. Das Schnellspritzgießen trägt diesem Problem im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren Rechnung.

Flexibilität bei der Gestaltung: Prototypen und Kleinserien können häufige Designänderungen verkraften. Diese Flexibilität ermöglicht es den Kunden, sich an Änderungen anzupassen, die während der Entwicklungsphasen auftreten.

Hohe Qualität und Präzision: Eine der wichtigsten Erwartungen der Kunden ist die gleichbleibende Qualität der Teile. Unabhängig von der Geschwindigkeit muss das Produkt sowohl Funktionalität als auch Ästhetik garantieren.

Kosten-Nutzen-Verhältnis: Die Kunden brauchen erschwingliche Produktionslösungen ohne Qualitätseinbußen. Die Verwendung eines weichen Werkzeugs wie Aluminium senkt die anfänglichen Produktionskosten.

Kosten-Nutzen-Analyse

Kosten-Nutzen-Verhältnis: Beim Schnellspritzgießen werden kosteneffiziente Lösungen wie Aluminiumformen eingesetzt, um die anfänglichen Investitionskosten zu senken. Seine Präzision und Genauigkeit minimieren den Materialabfall während der Produktion. Niedrige Stückzahlen machen teure gehärtete Formen überflüssig.

Geschwindigkeit: Branchen wie die Unterhaltungselektronik und die Medizintechnik gewinnen einen Wettbewerbsvorteil, wenn ihre Produkte schneller auf den Markt gebracht werden können. Die schnelle Erstellung und Prüfung von Prototypen verkürzt die Produktentwicklungszeiten.

Qualität vs. Langlebigkeit: Hochwertige, im Schnellspritzgussverfahren hergestellte Teile garantieren Kundenzufriedenheit ohne Leistungseinbußen. Obwohl die Formen nicht länger halten als herkömmliche Stahlformen, sind sie für eine geringe bis mittlere Produktion ausreichend.

Flexibilität und Anpassungsfähigkeit-Durch das schnelle Spritzgießen sind häufige Designänderungen weniger kostspielig. Innovative Designs, die spezifische Kundenbedürfnisse erfüllen, werden leicht unterstützt.

Für das Schnellspritzgießen geeignete Branchen

1. Unterhaltungselektronik

Insbesondere bei Gehäusen und internen Komponenten kommt das Rapid Prototyping zum Einsatz, um Gehäuse und Taschen für Smartphones, Tablets und Wearables zu entwickeln. Die Fähigkeit, Teile mit engen Toleranzen zu produzieren, ermöglicht es, dass sie perfekt in die Geräte passen. Mögliche schnelle Änderungen des Designs stellen sicher, dass das Produkt die Anforderungen der Kunden an Ästhetik und Funktionalität erfüllt.

2. Luft- und Raumfahrtindustrie

Die schnelle Erstellung von Prototypen für Test- und Validierungszwecke kommt der Luft- und Raumfahrtindustrie aufgrund ihrer strengen Sicherheits- und Leistungsstandards zugute. Ingenieure und Konstrukteure können Bauteile schnell entwerfen und optimieren, bevor sie in die Serienproduktion gehen. Leichte und hochfeste Bauteile wie Innenkabinen und Luftkanäle profitieren vom schnellen Spritzgießen.

3. Autoindustrie

Angesichts der jüngsten Veränderungen in der sich entwickelnden Automobilindustrie hin zu Elektroautos und autonomen Fahrzeugen spielt RIM eine wichtige Rolle bei der Entwicklung von Prototypen für neue Designs. Es ermöglicht dem Hersteller, langlebige und hochpräzise Teile wie Knöpfe, Stecker und Innenverkleidungen herzustellen.

4. Bausektor

Baumaterialien wie Verbindungsstücke, Armaturen und Befestigungselemente werden im Schnellspritzgussverfahren hergestellt. Diese Teile müssen haltbar und stabil sein, was in der Bauindustrie eine wichtige Anforderung ist.

5. Landwirtschaft

Im Schnellspritzgussverfahren werden kundenspezifische Werkzeuge und Spezialteile für Landmaschinen hergestellt. Die meisten dieser Maschinen werden auf dem Feld eingesetzt, und mit dieser Technologie lassen sich leicht robuste, UV-beständige Teile herstellen und ändern.

6. Verteidigung und Sicherheit

Ausrüstungsgegenstände wie Schusswaffen, Schutzausrüstung und Kommunikationsgeräte müssen haltbar und robust sein. Eine kurze Bearbeitungszeit ermöglicht die Herstellung kritischer Teile und stellt sicher, dass dringende Verteidigungsmaßnahmen nicht verzögert werden.

Fallstudie: Produkteinführung für ein Unternehmen der Unterhaltungselektronik

Ein führendes Unternehmen der Unterhaltungselektronik entwickelt einen neuen tragbaren Fitness-Tracker. Die Einhaltung der knappen Frist ist zu einer schrecklichen Erfahrung geworden, und sie tun alles, was sie können, um sicherzustellen, dass das Produkt rechtzeitig auf den Markt kommt. Bei dem vorgeschlagenen Produkt handelt es sich um ein kleines, kompliziertes äußeres Kunststoffgehäuse, das die inneren Teile schützen und gleichzeitig ästhetisch ansprechend sein soll. Herkömmliche Spritzgussverfahren stellten aufgrund der Vorlaufzeit für die Werkzeugerstellung und der hohen Anfangskosten für die Produktion eine Herausforderung dar.

Herausforderung

Zeitliche Beschränkung: Der Zeitplan für die Produktfreigabe wird auf 8 Wochen geschätzt, um ihn mit der Marketingkampagne in Einklang zu bringen.

Komplexität des Designs: Das äußere Gehäuseteil hat ein komplexes Design und muss enge Toleranzen einhalten, damit die inneren Teile perfekt in das Design passen. Das schlanke Design dürfte die Kunden ansprechen.

Kosten: Die geschätzte Erstauflage für die Markterprobung betrug 8.000 Stück. Daher wollte das Unternehmen die Kosten für herkömmliche Stahlformen vermeiden.

Lösung: Schnellspritzgießen

Die Zusammenarbeit mit einem auf die Herstellung von Aluminiumformen spezialisierten Rapid-Spritzgießdienstleister bot eine Lösung. Die folgenden Schritte waren an der Produktentwicklung beteiligt;

Digitaler Formenbau: Moderne CAD-Software und Simulationswerkzeuge wurden eingesetzt, um die Konstruktion von Formen und deren Bearbeitbarkeit zu erleichtern.

Hochgeschwindigkeits-CNC Technologie bearbeitete Aluminiumform verkürzt die Vorlaufzeit erheblich. Die Form wurde in 8 Tagen fertiggestellt.

Auswahl der Materialien: Es wurde ein leichtes, haltbares Kunststoffpolymer gewählt, um die Anforderungen an die Haltbarkeit und Ästhetik des Produkts zu erfüllen.

Die erste Charge von 8000 Einheiten wurde innerhalb der vorgegebenen Zeitspanne von 7 Wochen fertiggestellt und erfüllte die gesetzten Erwartungen und die Qualität.

Ergebnisse

Kosteneinsparungen: Das Unternehmen reduzierte seine Anfangsinvestition durch die Wahl einer Aluminiumform, wodurch etwa 60% der Werkzeugkosten eingespart werden konnten.

Schnelleres Time-to-Market: Das Produkt wurde innerhalb der gesetzten Frist fertig gestellt und auf den Markt gebracht, so dass das Unternehmen die saisonale Kundennachfrage nutzen konnte.

Qualität der Ausgabe: Die fertiggestellten Wohnungen entsprachen den strengen Anforderungen an Qualität und Ästhetik und sorgten für ein positives Kundenfeedback.

Marktvalidierung: Das Unternehmen sammelte während der Einführung der ersten Charge das Feedback der Nutzer, das für Designanpassungen genutzt werden sollte, bevor die Großserienproduktion mit Stahlformen aufgenommen wurde.

Schlussfolgerung

Diese Fallstudie zeigt, wie das Schnellspritzgießen wesentlich zur Lösung schwieriger wirtschaftlicher Probleme beitragen kann. Es kann Unternehmen helfen, ihre Ziele zu erreichen und Träume wahr werden zu lassen. Durch RIM können Unternehmen an Projekten arbeiten, weil sie wissen, dass sie den Termin einhalten, Kosten sparen und hochwertige Produkte herstellen können, ohne Abstriche bei der Qualität machen zu müssen. Dieser Ansatz hat das Unternehmen gestärkt und ihm einen Wettbewerbsvorteil in der sich ständig verändernden Unterhaltungselektronikbranche verschafft.

Zusammenfassung

 Das Schnellspritzgießen ist heute zuverlässiger als je zuvor, denn es ist eine schnelle und flexible Produktionsform, die wesentlich zum Fortschritt der Fertigungsindustrie beigetragen hat. Die sich ständig weiterentwickelnde Technologie und die steigende Nachfrage nach einer schnelleren und effizienteren Produktion machen das Schnellspritzgießen zu einem Vorreiter der modernen Fertigung. Die Zukunft ist also vielversprechend!