Einleitung: Das Spritzgießen ist allgegenwärtig. In der Tat werden die meisten Kunststoffprodukte in der Welt heute im Spritzgießverfahren hergestellt. Zwar lassen sich damit viele Dinge herstellen, aber herkömmliche CNC-gefräste Metallformen sind teuer und benötigen viel Zeit für die Herstellung von Kleinserien.

Für das Prototyping und die Kleinserienfertigung (etwa 10-1000 Teile) sind 3D-gedruckte Spritzgussformen eine zeitsparende und kostengünstige Lösung. Sie ermöglichen außerdem flexiblere Fertigungsmethoden, sodass Ingenieure und Designer Formenentwürfe testen, Änderungen leicht vornehmen und dann schneller und weitaus kostengünstiger als bei der herkömmlichen CNC-Bearbeitung überarbeiten können.

Hier finden Sie eine ausführliche Erläuterung der Vorteile des 3D-Drucks von Kleinserien-Spritzgussformen unter fünf Aspekten: Was ist 3D-Druck, die Nachteile des 3D-Drucks, die Vorteile des 3D-Drucks, typische Beispiele für den 3D-Kleinseriendruck und die Herausforderungen des 3D-Drucks.

Was ist 3D-Druck?

Der 3D-Druck ist ein additives Fertigungsverfahren, bei dem Objekte direkt aus 3D-CAD-Daten Schicht für Schicht durch Hinzufügen einer bestimmten Menge an Material erzeugt werden. Der grundlegende Prozess der Formgebung verläuft vom CAD-Modell zur Akkumulationsformung und schließlich zum Produkt. Der gesamte Herstellungsprozess durchläuft eine dreidimensionale, zweidimensionale und dreidimensionale Umwandlung.

Was sind die Vorteile des 3D-Drucks in der Kleinserienfertigung?

Die 3D-Drucktechnologie ist ein Prozess der unabhängigen Innovation in der Industrie. Mit der Entwicklung der Zeit wird sich ihr Wert allmählich widerspiegeln, und sie hat einen großen Marktentwicklungsraum. Sie wird sicherlich einer der vielen Durchbrüche werden, die die künftige Fertigungsindustrie anführen werden, und verdient die Aufmerksamkeit eines jeden Spritzgießen Praktiker.

In meinem Land werden etwa 20% der weltweiten Kunststofferzeugnisse hergestellt. Formen sind für die Massenproduktion von Kunststofferzeugnissen unerlässlich. Die herkömmliche Entwicklung von Formen erfordert jedoch Zeit und Investitionen, bevor eine ausreichende Überprüfung der Testproduktion und eine Reaktion des Marktes erreicht werden kann. Dies steht im Widerspruch zu den flexiblen und schnellen Marktrichtlinien, die von der heutigen agilen Fertigung befürwortet werden.

Seitdem die 3D-Drucktechnologie in der Industrie weit verbreitet ist, hat sie sich bei der Versuchsproduktion von Formen kontinuierlich weiterentwickelt. In der Kleinserienfertigung hat sie viele Vorteile:

Für jede komplexe Geometrie

Solange es ein digitales 3D-Modell gibt, einschließlich CAD-Zeichnungen wie CATIA, UG, CREO usw., nachdem sie in STL-Dateien umgewandelt wurden, ist die 3D-Drucktechnologie sehr praktisch für den hochpräzisen Modelldruck, wodurch der Prozess der Herstellung von Werkzeugen und Vorrichtungen entfällt und das Produkt direkt verarbeitet werden kann, wodurch das Problem gelöst wird. Fachstatistiken zufolge sinken die Kosten für die Entwicklung neuer Produkte auf 1/3-1/5 der Kosten herkömmlicher Methoden.

Verwenden Sie einen 3D-Drucker, um die mit der CAD-Software entworfenen Formkomponenten auszudrucken, und überprüfen Sie die Rationalität der Struktur durch die tatsächliche Montage, so dass Sie die Genauigkeit, den Prozess und die Lebensdauer der Form leicht diskutieren und anpassen können.

Wesentlich schneller und kostengünstiger als die herkömmliche Herstellung von Metallformen; mehrere Formenversionen können gleichzeitig gedruckt werden; größere Anwendungsmöglichkeiten, geeignet für Outsourcing-Hersteller; interne Lösung zur Verhinderung von Datenlecks und zum Schutz der Rechte an geistigem Eigentum; spritzgegossene Die Teile sind von gleicher Qualität.

In einigen Fällen können 3D-gedruckte Metallformen sogar teurer sein und ihre Herstellung dauert länger als bei herkömmlichen Metallformen. Es geht nicht darum, dass die Herstellung von Formen vorteilhafter ist, sondern dass es wirtschaftlicher ist, das gesamte Produkt mit 3D-gedruckten Formen herzustellen.

Kurz gesagt, der 3D-Druck von Kunststoffformen mit einem 3D-Drucker für Kunststoffe (oder Polymere) in Kombination mit starken und temperaturbeständigen Materialien ermöglicht es Unternehmen, ihre eigenen Spritzgussformen im Haus herzustellen oder einen Dienstleister zu finden, der sie schnell bestellt.

3D-gedruckte Kunststoffformen können für kleine Mengen von Teilen (100 oder 10.00, je nach Material) verwendet werden und kosten 90% weniger als Metallformen. Wenn das Budget begrenzt ist und die Vorlaufzeiten kurz sind, ist der 3D-Kunststoffdruck in kleinen Stückzahlen die bevorzugte Methode zur Herstellung von Formen.

Erhebliche Zeitersparnis bei der Herstellung von Produkten und Formversuchen

Bei kleinen Gussformen sind die Kosten und der Zyklus nicht einfach, um die Kunden zufrieden zu stellen. Bei einigen Unterhaltungselektronikprodukten beeinträchtigt der Markteinführungszyklus die Produktgewinne erheblich. Der Einsatz des 3D-Drucks zur Entwicklung von Gussformen ist äußerst kosteneffizient. Die Produktionszeit hängt nur von der Größe und Komplexität des Objekts ab. Ein 3D-Drucker kann ein Teil oder eine Silikonform zur Überprüfung des Produkts in 2 bis 24 Stunden herstellen, was im Vergleich zu Spritzguss- und Stanzformen einen deutlichen Vorsprung bedeutet.

Der 3D-Druck eignet sich besonders für die Überprüfung von Aussehen und Montage. Wenn Sie mit dem ersten Entwurf nicht zufrieden sind, müssen Sie nur die STL-Datei anpassen und erneut 3D-Drucken, was die Produktion des Modells beschleunigen und eine schnelle Design-Iteration ermöglichen kann. Darüber hinaus lassen sich durch die Verwendung des 3D-Drucks zur Herstellung kleiner Chargen neuer Produkte zur Markterkundung und durch den Einsatz des 3D-Drucks zum Austausch einiger Teile auch Kosten für die Entwicklung von Formen sparen.

Gleiche Qualität wie maschinell gefertigte Formen; kann konforme Kühlkanäle herstellen; verbraucht weniger Rohstoffe und ist schneller als maschinell gefertigte Formen; kann mehrere Formenversionen auf einmal drucken; bietet mehr Anwendungsmöglichkeiten, geeignet für Outsourcing-Hersteller; verhindert Datenverluste, interne Lösung zum Schutz des geistigen Eigentums; Spritzgussteile die gleiche Qualität haben.

Im Vergleich zu herkömmlichen Verarbeitungsformen liegen die Vorteile von 3D-Druckformen in der Geschwindigkeit, den Kosten- und Materialeinsparungen und der größeren Flexibilität bei der Gestaltung. In der Vergangenheit wurden 3D-Druckformen für Metall vielleicht nur von mittelgroßen und großen Unternehmen verwendet, aber jetzt setzen auch kleine und mittelgroße Formenfabriken sie ein. Es ist nur eine Frage der Zeit, bis sich diese Technologie durchsetzt.

Kurz gesagt, der 3D-Druck, auch bekannt als additive Fertigung, hilft diesen Unternehmen, bessere Spritzgießen Formen und Werkzeuge schneller und billiger herzustellen als mit herkömmlichen Verfahren. Man kann sagen, dass 3D-Druckformen die Spielregeln in der Formenbauindustrie verändern.

Liefert die höchsten Qualitätsstandards

Wenn es sich bei dem Endprodukt beispielsweise um ein Silikonprodukt handelt und eine 3D-gedruckte Form verwendet wird, wird das Silikon nicht mit der Kunststoffform interferieren oder eine chemische Reaktion verursachen. Das Einzige, worauf man achten muss, ist der Schmelzpunkt des Kunststoffs. Einige Materialien sind sogar hitzebeständig und eignen sich daher ideal für 3D-Druckformen, und Silikonteile können extrem glatte Oberflächen und viele Details aufweisen. 3D-gedruckte Formen sind außerdem stabil und können problemlos mehrfach verwendet werden, was sie zu einer erstklassigen Lösung zur Verbesserung Ihres Produktionsprozesses macht.

Gießen ist ein beliebtes Verfahren zur Herstellung von Formen. Jetzt kann der 3D-Druck auch zur Herstellung von Metallteilen aus Sandformen verwendet werden. Wenn der 3D-Druck in diesem Szenario verwendet wird, ist die Oberflächenwirkung des gedruckten Modells sehr fein und die genaue Form des Designs wird im Sand belassen, um präzise Metallprodukte zu schaffen.

So werden z. B. Schmuckserienprodukte hauptsächlich im Feingussverfahren hergestellt, bei dem mithilfe des 3D-Drucks Wachsmodelle erstellt werden, die dann in Schalen beschichtet und gebrannt werden, um die Hohlform zu erhalten. Schließlich wird die erforderliche Metallflüssigkeit in den Hohlraum gegossen, um das Endprodukt zu erhalten.
Typische Beispiele für den 3D-Druck von Spritzgießwerkzeugen für Kleinserien.

Zetar Mold: Ein in Shanghai, China, ansässiges Spritzgussunternehmen, das eine schnelle Formöffnung und Spritzgussdienstleistungen für kleine Serien anbietet. In den letzten Jahren ist die Nachfrage nach der traditionellen Kleinserienproduktion stark gestiegen. Heute verwendet Zetar Mold das Harzmaterial xPEEK147 mit einem Nexa3D NXE 400 3D-Drucker zur Herstellung von Formeinsätzen, die dann mit Komponenten aus herkömmlichen Metallformen zusammengesetzt werden.

Ein kompletter Satz von Formen kann in 12 Stunden hergestellt werden, wovon 8 Stunden für den 3D-Druck und 4 Stunden für die Nachbearbeitung oder Aushärtung verwendet werden. Die Entwicklungszeit für Prototypenformen wurde von 4 Wochen auf 48 Stunden reduziert.

Außerdem können die Kosten für jeden Formsatz von $10.000 auf $350 gesenkt werden. Diese in Hybridbauweise hergestellten Formen können mehr als 1.000 Flaschen ohne Ausfall produzieren, bei Kosteneinsparungen von bis zu 96% gegenüber herkömmlichen Metallformen. Beim herkömmlichen Spritzgießen ist der größte Kostenfaktor die Herstellung der Form. Nur durch die Massenproduktion und den Verkauf von Produkten können die Herstellungskosten der Form wieder hereingeholt werden.

Wenn das Produkt einen kurzen Lebenszyklus oder eine geringe Nachfrage hat, ist die Investition in Bearbeitungswerkzeuge möglicherweise finanziell nicht sinnvoll. Zu diesem Zeitpunkt kann die Herstellung von Formen durch 3D-Druck die bessere Wahl sein. Im Rahmen der Kostenkontrolle können die Hersteller ihre Produktpalette um kundenspezifische Anpassungen oder Kleinserien erweitern, die zuvor wirtschaftlich nicht machbar waren.

Daher könnte die Herstellung von Formen mit 3D-Druck eine bessere Option sein. Die Flexibilität der 3D-Drucktechnologie ermöglicht Innovationen und Anpassungen, die bisher nur schwer zu erreichen waren. Es können komplexe Prototypentwürfe getestet werden, ohne dass die Belastung durch herkömmliche Formen entsteht. Die Risiken von teuren Renovierungen

Die schnell wachsende und hart umkämpfte Spritzgussindustrie hat einen Wert von Hunderten von Milliarden Dollar, weshalb die Hersteller nach effizienteren und kostengünstigeren Möglichkeiten suchen, um der Zeit voraus zu sein.

Was sind die Nachteile des 3D-Drucks?

Kunststoffformen haben in der Regel eine geringere Wärmeleitfähigkeit als Metallformen, was zu längeren Abkühlzeiten für SpritzgussteileDie Formen verschleißen schneller als Metallformen, müssen möglicherweise noch nachbearbeitet werden, um die Genauigkeitsanforderungen zu erfüllen, und die Formgrößen sind begrenzt.

Kann länger dauern und teurer sein als die maschinelle Bearbeitung; erfordert mehr Vorlaufzeit für die Konstruktion und höhere Qualifikationen; Nachbearbeitung kann weiterhin erforderlich sein, um die Genauigkeitsanforderungen zu erfüllen; die Formgrößen sind begrenzt.

Was sind die Herausforderungen des 3D-Drucks?

Berechnen Sie den Wert Ihrer Investition: Formenbauer stehen oft unter starkem Druck der Kunden, Formen zum niedrigsten Preis zu bauen. Die Formenbauer müssen daher den Wert der zusätzlichen Investition genau berechnen und dem Endkunden gegenüber nachweisen.

Integration in traditionelle Formenbauverfahren: Der letzte Punkt, der die Anwendung der Metall-3D-Drucktechnologie im Formenbau einschränkt, ist das Fehlen einer Lösung zur nahtlosen Integration in herkömmliche Produktionslinien. Dies ist auch eine zentrale Herausforderung für die Anwendung des 3D-Drucks im Formenbau.

Herausforderungen der 3D-Drucktechnologie selbst: Beim 3D-Druck von Formeinsätzen ist ein sehr stabiler Druckprozess erforderlich, um Teile mit hoher Dichte zu produzieren und dabei eine perfekte Oberflächengüte nach der Nachbearbeitung zu erzielen. Dies sind die schwierigsten Aspekte der 3D-Drucktechnologie selbst.

Schlussfolgerung

Da die 3D-Drucktechnologie immer ausgereifter wird und die Kosten sinken, gibt es immer mehr Fälle, in denen ganze Formen im 3D-Druckverfahren hergestellt werden. Dies gilt insbesondere für die Unterhaltungselektronikbranche, in der sich spritzgegossene Produkte wie Mobiltelefone, intelligente tragbare Geräte usw. schnell verändern.
Der 3D-Druck ist kein Ersatz für traditionelle Fertigungsverfahren. Vielmehr ergänzt der 3D-Druck die Fertigung, indem er die Beschränkungen herkömmlicher Fertigungsmethoden beseitigt. Die Anwendung des 3D-Drucks bei Spritzgießwerkzeugen ist relativ ausgereift.

Die Hauptvorteile des 3D-Drucks sind Kosteneffizienz, schnellere Produktionsgeschwindigkeit, Designflexibilität und -komplexität, geringeres Risiko, Materialien und Nachhaltigkeit, Festigkeit und Haltbarkeit, weniger Abfall, Zugänglichkeit und schnelles Prototyping. Die wichtigsten Anwendungsbereiche sind medizinische Geräte, Konsumgüter für die Automobilindustrie, Luft- und Raumfahrt, Bildung und Forschung.

Die 3D-Drucktechnologie ist ein Prozess der unabhängigen Innovation in der Industrie. Mit der Entwicklung der Zeit wird sich ihr Wert allmählich widerspiegeln, und sie hat einen großen Marktentwicklungsraum. Sie wird sicherlich einer der vielen Durchbrüche werden, die die künftige Fertigungsindustrie anführen werden, und verdient die Aufmerksamkeit eines jeden Spritzgießen Praktiker.