Der 3D-Druck verändert die Spritzgussindustrie, indem er eine schnellere und kostengünstigere Herstellung von Formen ermöglicht. Dieses Verfahren ermöglicht die schnelle Erstellung von Prototypen komplexer Formen, wodurch sich die Vorlaufzeiten und Kosten in der Fertigung verringern.

Der 3D-Druck für Spritzgussformen ermöglicht eine schnellere Erstellung von Prototypen, geringere Kosten und die Herstellung komplexer Geometrien. Er wird häufig in Branchen wie der Automobilindustrie, der Unterhaltungselektronik und der Medizintechnik eingesetzt. Zu den Vorteilen gehören kürzere Durchlaufzeiten, die Möglichkeit, Entwürfe schnell zu testen, und geringere Anfangsinvestitionen im Vergleich zu herkömmlichen Methoden.

Obwohl der 3D-Druck zahlreiche Vorteile bietet, ist es wichtig, die Grenzen und Überlegungen beim Einsatz dieser Technologie für den Formenbau zu kennen. Erfahren Sie, wie 3D-gedruckte Formen im Vergleich zu herkömmlichen Formen in Bezug auf Haltbarkeit und Produktionsskalierbarkeit abschneiden.

Wie konstruiert man Teile für 3D-Druck-Spritzgussformen?

Bei der Konstruktion von Teilen für 3D-Druck-Spritzgussformen sollten Sie sich auf Merkmale wie Entformungswinkel, Wandstärke und Teilegeometrie konzentrieren, um eine reibungslose Formfüllung und einfache Entnahme zu gewährleisten. Nutzen Sie die Flexibilität des 3D-Drucks, um komplexe Geometrien zu erstellen und die herkömmlichen Werkzeugkosten zu senken. Wichtige Überlegungen betreffen die Materialauswahl und die Druckausrichtung, um Schwachstellen zu vermeiden.

Was ist 3D-Druck?

Der 3D-Druck, auch bekannt als additive Fertigungstechnologie, ist ein Verfahren zur Konstruktion dreidimensionaler Objekte auf der Grundlage dreidimensionaler CAD-Modelldateien unter Verwendung von Materialien wie Pulver, Filamenten oder Platten durch schichtweise Fertigung und schichtweise Überlagerungstechnologie.

Womit werden Teile für den 3D-Druck hergestellt?

Montieren Sie die Form in den Metallrahmen und bereiten Sie sie für das Spritzgießen vor. Um eine Form zu erstellen, benötigen Sie zunächst ein 3D-Modell des Teils, das Sie herstellen möchten. Die Teile werden mit einer CAD-Software (Computer-Aided Design) entworfen, wobei die Grundsätze des Spritzgießens beachtet werden.

CAD-Software ist eine Anwendung der Computertechnologie, die für die Erstellung und Bearbeitung von Design-Grafiken verwendet wird. Sie wird in verschiedenen Bereichen eingesetzt, z. B. im Maschinenbau, in der Architektur, in der Inneneinrichtung und in der Textilindustrie. Zu den wichtigsten Funktionen der CAD-Software gehört das Zeichnen von Ebenen, wobei die Benutzer grundlegende grafische Elemente wie Linien, Kreise, Ellipsen, Polygone und Splines erstellen können.

Diese Programme bieten auch Zeichenhilfen wie Orthogonalität, Objektfang und Polverfolgung. CAD-Software eignet sich nicht nur für das 2D-Zeichnen und komplizierte Rendering, sondern auch für die Konstruktionsdokumentation und die grundlegende 3D-Konstruktion.

CAD ist eine automatisierte, computergestützte Konstruktionssoftware, mit der sowohl zweidimensionale Zeichnungen als auch grundlegende dreidimensionale Entwürfe erstellt werden können. Die Benutzer können Zeichnungen ohne Programmierkenntnisse erstellen, so dass es weltweit in vielen Bereichen wie Bauwesen, Dekoration und Industrie eingesetzt wird. Zu den Anwendungsbereichen gehören das Zeichnen, technische Zeichnungen, die Elektronikindustrie, die Bekleidungsverarbeitung und vieles mehr.

Zu den wichtigsten CAD-Funktionen gehören das Zeichnen von Ebenen, Hilfswerkzeuge zum Zeichnen, grafische Bearbeitung, Bemaßung, Ebenenverwaltung und dreidimensionales Zeichnen. Darüber hinaus bietet die CAD-Software robuste Grafikbearbeitungsfunktionen für Aufgaben wie das Verschieben, Kopieren, Drehen, Anordnen, Dehnen, Erweitern, Trimmen und Skalieren von Objekten. Spezifische CAD-Anwendungen konzentrieren sich auf präzises Zeichnen für Ebenenreferenzen, die Erstellung komplizierter Grafiken, die Verwendung von Modellbibliotheken und spielen eine wichtige Rolle in der Stadtplanung, Gartengestaltung, Elektronik, im Modedesign und in verschiedenen anderen Branchen.

Welche Art von Form soll entworfen werden?

Am Beispiel des Uhrenarmbands wird das 50-Mikron-Hochtemperaturharz V2 verwendet, das für seine hervorragende Qualität und außergewöhnliche Auflösung bekannt ist. Um eine optimale Entformung zu gewährleisten, sollten Sie pro Schicht 40 bis 50 Sprühstöße Standard-Formentrennspray auftragen.

Der Druck mit einer präzisen Schichthöhe von 50 Mikrometern verbessert den Sprüheffekt und führt zu einer extrem glatten Oberfläche, die eine einfache Entnahme der Teile aus der Form ermöglicht. Die 3D-gedruckte Form muss nicht zusätzlich gekühlt werden, und es gibt keine Anzeichen für nachteilige Reaktionen zwischen dem Spritzgussmaterial und dem Druckharz.

Welche Art von Druckmaterial ist zu wählen?

Welches Druckmaterial am besten geeignet ist, hängt von den spezifischen Anforderungen Ihres Projekts ab. Für den 3D-Druck ist PLA ideal für die einfache Verwendung, während ABS eine höhere Festigkeit bietet. Beim herkömmlichen Druck sind Papierqualität und Tintentyp entscheidend für Haltbarkeit und Druckqualität. Berücksichtigen Sie bei Ihrer Auswahl Faktoren wie Temperaturbeständigkeit, Flexibilität und Umweltfreundlichkeit.

Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der 3D-Drucktechnologie verbessert sich die Leistung der 3D-Druckmaterialien ständig, wodurch die Funktionen der hergestellten 3D-Druckprodukte verbessert werden. Die Verwendung des 3D-Drucks zur Herstellung von Werkzeugen für den Endgebrauch (Endteile) wird immer üblicher.

Was sind die Anforderungen an 3D-Druckmaterialien? Die Entwicklung der 3D-Drucktechnologie hängt weitgehend von den Fortschritten bei den Materialien ab. Heute gibt es verschiedene Arten von 3D-Druckmaterialien, die jeweils auf bestimmte 3D-Drucktechnologien zugeschnitten sind.

Zum Beispiel werden Filamente verwendet in FDM-Drucktechnik¹. Derzeit sind die gängigsten Filamente mit einem Durchmesser von 1,75 mm und einige wenige mit einem Durchmesser von 3 mm erhältlich, z. B. PLA, ABS, TPU usw. Bei der Lichthärtungstechnologie werden flüssige Verbrauchsmaterialien verwendet, in der Regel lichtempfindliche Harze.

Verbrauchsmaterialien in Pulverform werden häufig mit der SLS-Technologie gedruckt. Die häufigsten sind Nylon, wie PA12, PA11, PA-GF usw. Die meisten Verbrauchsmaterialien für den 3D-Metalldruck liegen in Pulverform vor, und die SLM- und EBM-Technologien sind am weitesten verbreitet. In den letzten Jahren wurde auch der 3D-Druck von Metall mit der FDM-Technologie eingeführt.

Da es sich bei dieser Art von Metall-3D-Filament jedoch nicht um 100%-Metallfilament handelt, sondern um ein Filament, das aus einer Kunststoffbasis mit gleichmäßig angeordneten Metallpartikeln besteht, ist nach Abschluss des Modelldrucks eine professionelle Nachbearbeitung wie Entfetten und Sintern erforderlich, um die Kunststoffkomponenten zu entfernen, bevor ein Metalldruck erzielt werden kann. Dieses Verfahren wird oft als indirekter Metall-3D-Druck bezeichnet.

3D-Druckmaterialien, die für die Herstellung von Spritzgussformen geeignet sind, müssen die folgenden Eigenschaften aufweisen

Hohe Detailtreue: Spritzgussformen erfordern eine hohe Maßgenauigkeit und glatte Oberflächen. Formen mit hoher Präzision ergeben Teile von ebenso hoher Präzision.

Hohe Temperaturbeständigkeit: Eine hohe Wärmeformbeständigkeit (HDT) ist von entscheidender Bedeutung, nicht nur um sicherzustellen, dass die Form während des Einspritzvorgangs nicht versagt, sondern auch um eine genauere Steuerung des Prozesses zu ermöglichen.

Hohe Steifigkeit: Die Form muss über mehrere Durchgänge hinweg eine gute Maßgenauigkeit aufweisen und hohen Drücken standhalten, ohne sich beim Einspritzen des Materials zu verformen.

Was sind die wichtigsten 3D-Druckverfahren?

Beim 3D-Druck werden Materialien wie Kunststoffe oder Metalle geschichtet, um Objekte direkt aus digitalen Modellen zu erstellen. Die wichtigsten Schritte sind der Entwurf des Modells, die Vorbereitung des Druckers und der Aufbau des Objekts Schicht für Schicht. Zu den gängigen Verfahren gehören FDM (Fused Deposition Modeling), SLA (Stereolithografie) und SLS (Selektives Lasersintern). Diese Technologie bietet Vorteile wie schnelles Prototyping, Kosteneinsparungen bei kleinen Stückzahlen und die Möglichkeit, komplexe Geometrien zu erstellen.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Druckern, die flach sind, sind 3D-Drucker dreidimensional und bestehen aus Steuerungskomponenten, mechanischen Komponenten, Druckköpfen, Verbrauchsmaterialien und Medien. Was ist ihr Prinzip? Nachdem ein dreidimensionales Bild am Computer entworfen wurde, wird es Schicht für Schicht mit Kunststoff oder anderen Materialien gedruckt. Durch die kontinuierliche Wiederholung der Ebene entsteht das dreidimensionale Bild. Im Folgenden wird der Hauptprozess des 3D-Drucks beschrieben.

Modellierung

Die Erstellung eines digitalen Modells ist der erste Schritt im 3D-Druckverfahren. Die gängigste Methode zur Erstellung digitaler Modelle ist die computergestützte Designsoftware (CAD). Es gibt zahlreiche kostenlose und professionelle CAD-Programme, die mit dem 3D-Druck kompatibel sind. Der wichtigste Schritt ist die Erstellung des CAD- oder CG-Modells, das auch das Kernstück der Modellierungssoftware ist.

Modell Trennwand

Nach der 3D-Modellierung am Computer muss der Entwurf segmentiert und geschichtet werden, bevor er zum schrittweisen Drucken in einen Drucker importiert werden kann. Gängige Dateiformate für diesen Prozess sind STL und PLY. Wenn Sie vollfarbig drucken möchten, ist PLY aufgrund seiner hohen Auflösung die beste Wahl.

Datenimport

Sobald der Modellentwurf fertig ist, geben Sie ihn einfach mit einem USB-Stick oder einem Datenkabel in den 3D-Drucker ein. Konfigurieren Sie anschließend die Druckeinstellungen. Sobald die Einstellungen abgeschlossen sind, starten Sie den 3D-Drucker und beginnen mit dem Druckvorgang. In einer Reihe komplizierter Schritte wird eine Sammlung sorgfältig gefertigter Modelle produziert, die sich für den sofortigen Einsatz in Fertigungsprozessen eignen, einschließlich fortschrittlicher Materialanwendungen.

Was ist die Vorbereitung für das Spritzgießen und die Prüfung von Modellen?

Zu den Vorbereitungen für das Spritzgießen gehören die Erstellung genauer CAD-Modelle, die Auswahl des richtigen Materials und die Sicherstellung, dass die Form ordnungsgemäß entworfen und getestet wird. Zu den wichtigsten Aspekten gehören die Simulation des Spritzgießprozesses, die Durchführung von Probeläufen und die Anpassung von Parametern wie Temperatur, Druck und Geschwindigkeit. Diese Schritte tragen dazu bei, potenzielle Probleme frühzeitig zu erkennen, Fehler zu reduzieren und die Effizienz der Produktion zu steigern.

Was ist Spritzgießen?

Das Spritzgießen ist ein weit verbreitetes Herstellungsverfahren in der Kunststoffindustrie. Im Wesentlichen wird geschmolzener Kunststoff in einen Formhohlraum gespritzt, abgekühlt und ausgehärtet, und dann wird die Form geöffnet, um das Kunststoffteil zu entnehmen.

Was ist ein Testmodell?

Das Testmodell, auch als 3D-Modell bezeichnet, wurde speziell für die Bewertung verschiedener Druckeigenschaften von 3D-Druckern oder Materialien entwickelt. Zu den gängigen 3D-Drucker-Testmodellen gehören 3DBenchy, ein multifunktionales Montagebrett, XYZ-Würfel, Turm mit konstanter Temperatur, PolyPearl, Genauigkeitstest, Nivellierungstest, Neigungswinkel, sechsseitige Brücke und Kombinationskit.

Das bekannteste dieser Modelle ist 3DBenchy - bekannt als ein spezielles Modell für 3D-Druck-Tests und das am häufigsten verwendete Testmodell. Es umfasst alle wesentlichen Elemente für die Bewertung von 3D-Druckfähigkeiten. So verfügt sein Rumpf über eine glatte, gekrümmte Oberfläche, die das Testen des Drucks von hängenden, gekrümmten Oberflächen ohne Unterstützung ermöglicht.

Das Modell ist auf beiden Seiten perfekt symmetrisch, was die Beurteilung der Genauigkeit der X-Y-Achse und die Identifizierung von Verformungen erleichtert. Außerdem dient der komplizierte Text auf dem Schiff dazu, die Druckauflösung des Druckers zu messen, während runde Schornsteine und Fenster ideal sind, um die Genauigkeit der gedruckten Kreise zu testen.

Was sind die wichtigsten Behandlungen nach dem Gießen?

Zu den Nachbehandlungen gehören Prozesse wie Entgraten, Oberflächenbearbeitung, Lackierung und Montage. Diese Schritte tragen dazu bei, die Oberflächenqualität des Teils zu verbessern, überschüssiges Material zu entfernen und sicherzustellen, dass es den spezifischen Designanforderungen entspricht. Gängige Verfahren werden in Branchen wie der Automobil-, Elektronik- und Medizintechnik eingesetzt.

Nach dem Entfernen der Auflage muss das Werkstück von der Grundplatte getrennt werden, in der Regel durch Drahtschneiden, Sägen usw. Das Trennen mittels Drahtschneiden nimmt viel Zeit in Anspruch und wird meist zum Trennen von Werkstücken mit vielen Stützen und dünnwandigen Stützverbindungen verwendet, da diese Trennmethode relativ schonend ist und keine Verformung des Werkstücks verursacht. Wenn das Werkstück klein ist, wenige Stützen hat oder die Stützenverbindung eine massive Struktur ist, kann zur Einsparung von Trennzeit auch ein Meißel verwendet werden, um das Werkstück direkt zu entfernen.

Nach Abschluss des 3D-Drucks wird das gedruckte Werkstück in das Pulver getaucht. Bei der Entnahme des Werkstücks werden zunächst die beim Sintern anfallenden Abfälle entfernt, um zu verhindern, dass diese das Pulver verunreinigen; anschließend wird die Werkbank angehoben und eine Vorreinigung des Pulvers im Verarbeitungslager durchgeführt. Mit einem Pinsel wird das ungesinterte Pulver, das an der Oberfläche des Werkstücks haftet, zur Wiederverwertung in den Pulverrückgewinnungstank gekehrt, und schließlich werden das Werkstück und das Substrat zusammen herausgenommen.

Reinigung mit Pulver

Diese Pulverreinigungsmethode ist in erster Linie auf die Kühlkanäle der Form ausgerichtet. Sie können eine Bürste verwenden, um das Pulver direkt zu reinigen, oder Hilfsmittel wie einen Staubsauger oder Haartrockner einsetzen, um das im Kühlkanal eingeschlossene Pulver zu entfernen. Die Konfiguration des Kühlkanals hat erhebliche Auswirkungen auf die Komplexität der Pulverreinigung, einschließlich Faktoren wie Durchmesser, Krümmungsradius des Kanals usw.

Sandstrahlen

Beim Sandstrahlen wird mit Hilfe von Druckluft ein Hochgeschwindigkeitsstrahl auf die Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstücks gesprüht (z. B. Kupfererz, Quarzsand, Schmirgel, Eisensand, Hainan-Sand usw.). Dieses Verfahren zielt darauf ab, das Aussehen oder die Form des Werkstücks zu verbessern und spezifische Leistungsänderungen zu bewirken.

Weitere technische Vorteile des Selective Laser Melting (SLM)-Verfahrens sind die Möglichkeit, Werkstücke mit komplexen, unregelmäßigen Strukturen zu formen. Die Spritzgussform verfügt über interne Kühlkanäle und verschiedene externe Strukturelemente wie Vorsprünge und konkave Löcher.

Derzeit ergeben sich Herausforderungen aus der relativ großen Oberflächenrauheit der mit dem SLM-Verfahren hergestellten Werkstücke und der Komplexität der Genauigkeitskontrolle.

Infolgedessen ist die direkte Anwendung von SLM-geformten Formen in der Kunststoffverarbeitung, insbesondere für Teile mit hoher Oberflächengüte und Präzisionsanforderungen, noch nicht vollständig entwickelt. Daher sind für die Weiterverarbeitung zusätzliche herkömmliche Bearbeitungsmethoden erforderlich, um die erforderliche Formgenauigkeit, Oberflächenqualität und andere Spezifikationen zu erreichen.

Was sind die Hauptprinzipien der 3D-Drucktechnologie?

Beim 3D-Druck werden Objekte Schicht für Schicht aus digitalen Dateien erstellt, was ein schnelles Prototyping und eine Produktion auf Abruf ermöglicht. Zu den wichtigsten Prinzipien gehören Materialextrusion, selektives Lasersintern und Photopolymerisation. Es wird häufig in der Luft- und Raumfahrt, im Gesundheitswesen, in der Automobilindustrie und bei Konsumgütern eingesetzt. Zu den wichtigsten Vorteilen gehören weniger Materialabfälle, schnellere Design-Iterationen und niedrigere Produktionskosten. In der Praxis umfassen die Prinzipien der 3D-Drucktechnologie hauptsächlich die folgenden Aspekte:

Lichthärtende Formgebung

Das Funktionsprinzip des lichthärtenden Spritzgießens beruht hauptsächlich auf der Verwendung eines Lasers oder anderer wärmeempfindlicher Materialien, die von einer Lichtquelle beleuchtet werden. Diese Technologie ist derzeit eine der am intensivsten erforschten und am schnellsten wachsenden Technologien. Sie wird vor allem bei der Herstellung von Teilen mit relativ komplexen Strukturen und hoher Präzision eingesetzt.

Rapid Prototyping durch Schmelzabscheidung

Im Bereich des Fused Deposition Rapid Prototyping wird es gemeinhin als Fused Filament Fabrication (FFF) bezeichnet. Das Verfahren umfasst das Erhitzen und Schmelzen eines thermoplastischen Filaments, das dann durch eine Düse extrudiert wird, bevor es in der gewünschten Form verfestigt wird. Diese iterative Schichtung des Materials ist entscheidend für die strukturelle Integrität und Qualität des Endprodukts. Das FFF-Verfahren ist aufgrund seiner Effizienz und seiner weiten Verbreitung die vorherrschende Technologie im Bereich des 3D-Drucks.

Dreidimensionale Pulverklebung

Bei der dreidimensionalen Pulververklebung besteht das Hauptprinzip darin, dass die Bediener spezielle Düsen verwenden, um den Klebstoff auf den gewünschten Bereich zu sprühen. Dieses Verfahren ermöglicht die Verbindung des Pulvers mit anderen Materialien, wodurch eine feinere Querschnittsform entsteht. Die Wiederholbarkeit ist entscheidend für eine erfolgreiche Umsetzung und ermöglicht eine höhere Produktivität. Diese Technik wird häufig im Bereich der 3D-Drucktechnologie eingesetzt.

Schlussfolgerung

Produktdesigner, Unternehmer und Pädagogen nutzen den Formenbau für die Nachbildung von Teilen in verschiedenen Branchen. Das Spritzgießen ist ein vielseitiges Verfahren, das häufig zur Herstellung dieser Teile in großen Mengen eingesetzt wird.

Spritzgießen von Großserien²erweist sich als kostengünstig, effizient und wiederholbar und führt zu erstklassigen Teilen. Bei kleineren Chargen stellen jedoch die Kosten und der Zeitaufwand, die mit der Herstellung von Formen aus typischen Formmetallen verbunden sind, eine Herausforderung für das Verfahren dar, die zahlreichen Unternehmen den Zugang zum Spritzgießen in dieser Größenordnung erschwert.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Nutzung des 3D-Drucks für die Herstellung von Spritzgussformen das Entwerfen von Teilen, das Erstellen von Formen, die Auswahl von Druckmaterialien, den 3D-Druck der Formen, die Vorbereitung für das Spritzgießen, das Testen von Modellen und Nachbearbeitung der Spritzgussteile³.

Mit dem kontinuierlichen Fortschritt von Wissenschaft und Technologie in unserem Land wird das Fachwissen in 3D-Druck⁴ Technologie hat sich erheblich weiterentwickelt. Diese Technologie wird vor allem in verschiedenen Bereichen wie Laboratorien, Unternehmen und Haushalten eingesetzt.

Die Möglichkeit, gekrümmte Oberflächen mit Hilfe der 3D-Technologie zu bearbeiten, bietet Vorteile, die die herkömmlicher Formgebungs- und Bearbeitungstechniken übertreffen. Die Integration der 3D-Technologie in die heutige Formenbauindustrie hat die Fertigungsstandards in unserem Land deutlich verbessert.