Kostengünstiges Desktop-Spritzgussverfahren
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Unser Produktdesignunternehmen wurde für die Entwicklung einer Variation einer Schlauchklemme, die bei einer Hochgeschwindigkeits-Fertigungsanlage verwendet wird, engagiert. Das Produkt funktioniert unter Verwendung eines integralen Scharniers und flexibler Klemmgeometrie.
Wir würden das Design normalerweise unter Verwendung von gedruckten SLS-3D-Modellen testen, aber die Ergebnisse waren nicht genau. Es war für uns notwendig, dass die Geometrie in den tatsächlichen Produktionsmaterialien nachgewiesen wurde, was in diesem Fall spritzgegossenes Polypropylen war.
Während der Designphase entwickelten wir zahlreiche Iterationen. Diese wurden schließlich auf zwei mögliche Konzepte reduziert. Die Erstellung eines Prototypwerkzeugs aus Stahl oder Aluminium hätte tausende von Dollar gekostet und mindestens 6 Wochen in Anspruch genommen. Wir entschieden uns für ein 3D-gedrucktes Formwerkzeug, da dies schneller und billiger war.
Herstellung des Formwerkzeugs
Wir entwickelten das Formwerkzeug selbst. Merkmale wie eine glatte Trennlinie, formschlüssige Geometrie und ausreichende Entlüftung kamen zum Einsatz, um zu gewährleisten, dass die Teile erfolgreich gegossen werden konnten. Wir druckten das Formwerkzeug auf einem Asiga Pro2 3D Drucker in Asiga FusionGRAY Hochtemperaturharz. Asiga 3D-Drucker verwenden einen Aufbauprozess, bei dem aktiv feine Harzschichten durch einen Gleitvorgang mit der Bezeichnung „Slide-And-Separate” (SAS) gebildet werden. Dies verleiht ihm eine einzigartige Eigenschaft unter invertierten Stereolithografiesystemen, insofern große Querschnittsflächen schnell in präziser Schichtdicke gedruckt werden können, was sich auf die Geometrie von Spritzgussformwerkzeugen sehr gut anwenden lässt. Wir waren in der Lage, Formwerkzeuge mit hervorragender Oberflächenbeschaffenheit bei einer Schichtdicke von 25 Mikron im FusionGRAY-Material zu drucken, das bei mehr als 200 °C verwendet werden kann, was für Spritzguss von Polypropylen ausreicht.
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Formwerkzeugverhalten während des Durchlaufs
Ein rudimentärer Metallformring wurde auf das gedruckte Formwerkzeug adaptiert. Hierdurch wurde sichergestellt, dass die Düse nicht in direkten Kontakt mit dem 3D-gedruckten Formwerkzeug kam, wo sie physischen Schaden und/oder Beschädigung verursachen könnte. Wir ließen zunächst ein Material mit hohem Form-Fließindex durchlaufen, um zu prüfen, dass das Formwerkzeug richtig gefüllt und aus der Form genommen werden konnte. Nachdem wir richtig geformte Teile erzielt hatten, wechselten wir auf Polypropylen. Die von uns verwendete Maschine wird manuell bedient und ein Zyklus von der Formwerkzeugbestückung bis zur der Formentnahme eines Teils dauert gewöhnlich 30 Sekunden. Als wir beobachteten, dass Teile nicht voll geformt wurden, trugen wir eine dünne Schicht eines Formtrennsprays auf, wodurch das Material die Form besser füllen konnte. Zwischen den Zyklen verwendeten wir Druckluft zur Kühlung des Formwerkzeugs, da vom geschmolzenen Kunststoff Wärme absorbiert wird. Hierdurch wird eine Beschädigung des Formwerkzeugs vermieden.
Die Qualität der Formteile
Durch die Verwendung einer manuell bedienten Formmaschine konnten wir Formteile von hervorragender Qualität produzieren. Die erzielte Oberflächenqualität ließ sich mit einer feinen EDM-Bearbeitung vergleichen, die man bei Stahlproduktionsteilen antrifft. Gelegentlich stellten wir sichtbare Fließlinien, Hohlräume infolge von Gaseinschlüssen, Ansätze und merkliche Gussreste fest. Ansätze und Gussreste wurden von Hand beseitigt, um die Formteile zu säubern. Dennoch können sauberere Teile mit besserer Prozesskontrolle und stabiler Materialtemperatur erzielt werden.
Formwerkzeugzustand nach dem Formverfahren
Das FusionGRAY-Formwerkzeugmaterial kann verschleißen, wenn es nicht sorgfältig behandelt wird. Die kontrollierte Bearbeitung des Formwerkzeugs ist notwendig, da erhebliche hydraulische Drücke beteiligt sind und ein Überfüllen die Hohlräume des Formwerkzeugs zerstören kann. Hinzu kommt, dass zu starkes Klemmen zum Brechen schwacher Stellen im Formwerkzeug führen kann. Im Verlauf des Einsatzes des Formwerkzeugs bei unserem Projekt stellten wir eine feine Rissbildung fest, was jedoch die Leistung des Formwerkzeugs nicht beeinträchtigte. Der Schutz des Formwerkzeugs kann jedoch durch eine Metallauflage verbessert werden, so dass der Klemmdruck eher von der Auflage als den 3D-gedruckten Einlagen aufgenommen wird.
Schlussfolgerung
Die Verwendung von 3D-gedruckten Formwerkzeugen in Verbindung mit Niederdruck-Formmaschinen in unserem Designstudio hat uns die schnelle Herstellung von echten Spritzgussteilen zu niedrigen Kosten ermöglicht. Wir konnten potentielle Designs beurteilen und zudem Bauteilfertigung bei niedrigem Volumen in echten technischen Kunststoffen produzieren.