Einleitung: Das Spritzgießen ist allgegenwärtig. In der Tat werden die meisten Kunststoffprodukte in der Welt heute mit Spritzgießen. Während sie für die Großserienproduktion hervorragend geeignet sind, sind herkömmliche CNC-gefräste Metallformen teuer und benötigen viel Zeit für die Herstellung von Kleinserien.

Bei der Herstellung von Prototypen oder Kleinserien (z. B. 10-1000 Teile) sind 3D-gedruckte Spritzgussformen eine hervorragende Möglichkeit, Zeit und Geld zu sparen. Außerdem sind Sie damit flexibler in Ihrem Fertigungsprozess. Sie können Formdesigns testen, Änderungen leicht vornehmen und Designs viel schneller und billiger als bei der herkömmlichen CNC-Bearbeitung wiederholen.

Die Herstellung individueller Formen mit einem Stereolithografie-3D-Drucker ist einfach und bequem und ermöglicht es Ihnen, das Beste aus dem 3D-Druck und den traditionellen Spritzgusstechniken zu kombinieren. In diesem Leitfaden zeigen wir Ihnen, wie Sie das Spritzgießen selbst durchführen können, und geben Ihnen alle Werkzeuge und Tipps, die Sie benötigen, um 3D-gedruckte Formen für den Kunststoffspritzguss im eigenen Haus zu verwenden.

Was brauchen Sie für das DIY-Spritzgießen?

Leistungsstarke Desktop-SLA-3D-Drucker

Desktop-SLA-3D-Drucker sind Hochleistungsmaschinen, die Formen mit scharfen Merkmalen und einer glatten Oberfläche herstellen können, was bedeutet, dass Sie hochwertige Teile herstellen können. Sie können SLA-3D-Drucker für mehr als nur die Herstellung von Kunststoffformen verwenden. Sie eignen sich auch hervorragend für das Prototyping und andere Dinge, die Sie bei der Entwicklung eines Produkts benötigen.

Preis: SLA-Drucker sind teurer als Fused Deposition Modeling (FDM)- und HP Nylon Multi-Jet Fusion (MJF)-Drucker für das Prototyping mit thermoplastischen Materialien, aber sie liefern gute Details.

Druckgröße: 3D-Drucker für den Privatgebrauch sind für die Herstellung kleiner Teile und kleiner Chargen gedacht. Sie sind wie Mini-Versionen der großen Drucker. Die durchschnittliche Druckgröße ist mittelgroß, normalerweise 145 x 145 x 175 mm.

Materialien: Obwohl der Drucker klein ist, verfügt er über eine Vielzahl von Materialien. Er verfügt über Harze für durchsichtige, feste, dentale und flexible Teile. Die gängigsten Materialien für den Desktop-3D-Druck sind Polycarbonat (PC), Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) und elastomeres Polyurethan (EPU). Es gibt auch viele billigere Materialien auf dem Markt. Sie kosten etwa 15 Euro für 500 ml.

Auflösung: Die Auflösung von Desktop-3D-Druckern ist in der Regel ziemlich gut für die Preisklasse, mit Schichtdicken von etwa 25-200 Mikrometern. Allerdings kann sie sich manchmal verschlechtern, wenn man das Gerät öfter benutzt hat.

Gewicht: Desktop-Harz-SLA-Drucker wiegen weniger als 10 kg und sind sehr mobil.

3D-Druck-Materialien

Ein 3D-Druckmaterial, das der Temperatur und dem Druck auf die Form während des Spritzgussverfahrens standhalten kann. Zu den wichtigsten gehören die folgenden:

Rigid 10K Resin ist ein superstarkes, hochgradig glasgefülltes Material, das eine breitere Palette von Geometrien und Spritzgießverfahren verarbeiten kann. Es hat eine HDT von 218°C bei 0,45 MPa und einen Zugmodul von 10.000 MPa, d.h. es ist stark, superhart und kann Hitze aushalten.

High Temp Resin hat eine Wärmeformbeständigkeit von 238 °C bei 0,45 MPa und ist gut für das Spritzgießen geeignet. Es ist spröde, wird aber für Materialien mit hohen Spritzgießtemperaturen und kurzen Kühlzeiten empfohlen.

Grey Pro Resin hat eine geringere Wärmeleitfähigkeit als High Temp Resin oder Rigid Resin, was bedeutet, dass es länger braucht, um abzukühlen, aber es ist weicher und kann Hunderten von Verschleißzyklen standhalten.

Desktop-Spritzgießmaschinen.

Das Desktop-Spritzgießen ist ein mechanisches Verfahren, das häufig in verschiedenen Produktionszyklen eingesetzt wird, um eine Vielzahl von Materialien, darunter auch Kunststoffe, dauerhaft zu formen. Auf dieser Seite erfahren Sie, was Spritzgießen ist, wo Spritzgießen üblicherweise eingesetzt wird, die Herstellung von Kunststoffteilen und -objekten, die Herstellung von Formen und das Präzisionsspritzgießen von Kunststoffmaterialien.

Es gibt viele verschiedene Arten von Spritzgießmaschinen, die von den Herstellern verwendet werden. Die wichtigsten Maschinentypen sind hydraulisch, elektrisch und hybrid (eine Kombination aus elektrisch und hydraulisch) angetrieben, aber Desktop-Spritzgießmaschinen sind in der Regel elektrisch betrieben.

Tisch-Spritzgießmaschinen sind so konstruiert, dass sie geschmolzenes Material (in der Regel Kunststoff oder Metall) in eine Form pressen, die einen Hohlraum zum Hineindrücken des Materials und eine Vorrichtung zum Formen und Befestigen des Teils in seiner endgültigen Form umfasst. In einer Maschine können Formen mit einer oder mehreren Kavitäten verwendet werden, was bedeutet, dass nur ein oder mehrere Produkte in einem Prozess hergestellt werden können.

Außerdem können Mehrkavitätenwerkzeuge identische oder einzigartige Kavitäten enthalten, so dass die hergestellten Produkte identisch oder individuell sein können. Jede Form ist für die Herstellung von mehr als einer Million Teilen während ihrer Lebensdauer ausgelegt, was bedeutet, dass sie robust sein und geringe Toleranzen aufweisen muss.

Ob ein Desktop oder nicht Spritzgießen Maschine für Sie nützlich ist, hängt von Ihrem Anwendungsfall und den Bedürfnissen des Benutzers ab. Für Heimwerker und kleine Studios können sie eine preiswerte, schnelle und einfach zu bedienende Möglichkeit sein, komplexe Teile und Modelle herzustellen.

DIY-Spritzgießen in Einzelschritten

Konstruktion der Form in CAD

Wählen Sie zunächst Ihr bevorzugtes CAD-Softwareprogramm, um den Formeinsatz zu entwerfen. Sie können Ihren eigenen Formeinsatz anhand der Kavitätenzeichnung des Hauptformrahmens entwerfen.

Bringen Sie die beiden Hälften des Kerns und die 3D-Konstruktion, die Sie erstellen möchten, in Ihr CAD-Werkzeug.

In Blender blockieren Sie eine Hälfte der Form mit dem Augensymbol im Szenenexplorer. Sobald Sie den Arbeitsbereich so eingerichtet haben, wie Sie es wünschen, stellen Sie beide Hälften der Form auf den Zeichnungstyp "Draht" im Objektmenü ein.

Jetzt können Sie die Form positionieren. Achten Sie während des Einspritzvorgangs darauf, dass das Objekt den Einlass des geschmolzenen Kunststoffs vollständig schneidet. Verwenden Sie den orthografischen Modus, um dies zu erleichtern, indem Sie zwischen der perspektivischen und der orthografischen Ansicht hin- und herschalten.

Blenden Sie den aktuellen Formkern aus und nehmen Sie dann die andere Seite wieder frei. Wiederholen Sie diesen Vorgang und stellen Sie sicher, dass das Objekt den Einlass der anderen Hälfte des Kerns vollständig überschneidet. Sobald die Objekte aneinandergereiht sind, können Sie die Funktion Boolesche Differenz in Blender verwenden, um die Fläche der beiden sich überschneidenden Objekte zu subtrahieren.

Wählen Sie die vordere Hälfte des Objekts aus und wählen Sie dann die Option "Boolesch" im Menü "Modifikator". Wählen Sie das zu schneidende Objekt aus und vergewissern Sie sich, dass die Operation "Differenz" ausgewählt ist. Wenden Sie den Operator an und machen Sie dasselbe mit der anderen Seite.

Deine Form ist jetzt bereit zum Drucken. Exportiere jede Hälfte und achte darauf, dass du im Blender-Exportprogramm das Kästchen "Nur Auswahl" markierst.

3D-Druck-Formen

Für den 3D-Druck von Formen müssen Sie ein Material wählen, das der Temperatur und dem Druck der Form während des Spritzgießprozesses standhält.

Während des Formenbaus wird der Aluminiumformrahmen mit den Stahlformen kombiniert und die Formhälften werden mit einer Bohrmaschine bearbeitet, um eine effektive Entfernung von Luftblasen im flüssigen Harz zu gewährleisten.

Basierend auf unseren eigenen Tests und Kundenfallstudien haben wir eine Liste der beliebtesten 3D-Druckharze zusammengestellt.

Lichthärtende Harze: Lichthärtende Harze sind eine der beliebtesten Arten von Harzen im 3D-Druck. Sie härten schnell mit ultraviolettem Licht aus. Dieses Harz kann schnell aushärten und hat eine hohe Detailgenauigkeit. Lichthärtende Harze eignen sich für die Herstellung detaillierter Modelle, Kunstwerke und hochwertiger Maschinenteile.

Kompositharze: Kompositharze werden durch Mischen von zwei oder mehr Harzmaterialien hergestellt. Die Festigkeit und Härte dieses Harzes kann in verschiedenen Anteilen eingestellt werden, so dass man alles herstellen kann, von weichen Dingen bis hin zu harten Dingen. Kompositharze haben auch eine gute Chemikalien- und Hitzebeständigkeit.

Siliconharze: Silikonharze sind ein Hochleistungsharzmaterial mit hoher Festigkeit, hoher Härte, hoher Temperaturbeständigkeit und hervorragenden mechanischen Eigenschaften. Dieses Harz hat auch eine gute Witterungsbeständigkeit und Luftdichtheit, so dass es häufig zur Herstellung von hochwertigen Automobilteilen und Teilen in der Luft- und Raumfahrt verwendet wird.

Thermoplastisches Harz: Thermoplastisches Harz ist ein Harzmaterial, das bei hohen Temperaturen plastisch verformt werden kann. Dieses Harz hat eine gute Hitze- und Korrosionsbeständigkeit und kann verarbeitet werden.

Lichtempfindliches Harz ist das Material, das man für die Herstellung von Dingen mit einem 3D-Drucker verwendet, der Licht zum Aushärten des Harzes verwendet. Es ist eine Flüssigkeit, die sich in einen Feststoff verwandelt, wenn man sie mit Licht bestrahlt. Es besteht aus einer Reihe verschiedener Chemikalien, aber die wichtigsten sind Polymere, Fotoinitiatoren und Verdünnungsmittel.

Es gibt 9 verschiedene Arten von lichtempfindlichem Harz, die Sie mit einem 3D-Drucker verwenden können: allgemeines Harz, hartes Harz, Feingießharz, flexibles Harz, elastisches Harz, Hochtemperaturharz, biokompatibles Harz, Keramikharz und Tageslichtharz.

Das Einrichten eines Drucks in PreForm, der Druckvorbereitungssoftware für Formlabs 3D-Drucker, dauert nur ein paar Sekunden. Wenn Ihr Formdesign eine Stützstruktur für den Druck benötigt, stellen Sie sicher, dass Sie die Formhälfte in PreForm so positionieren, dass der Hohlraum nach oben zeigt. Dies erleichtert die Nachbearbeitung und sorgt für eine hochwertige Oberfläche Ihres Formteils.

Je nach Geometrie und Größe können Sie mehrere Formen gleichzeitig auf der Bauplattform drucken, um den Druck effizienter zu gestalten.

Spritzgegossene Kunststoffteile

Nachdem Sie Ihre Form entworfen und 3D-gedruckt haben, können Sie Ihre Teile auf einer Desktop-Spritzgießmaschine spritzgießen.

Für das Spritzgießen gibt es eine ganze Reihe von Materialien, aus denen Sie auswählen können. Hier sind einige der gängigsten Spritzgießmaterialien.

Acryl; Acryl, auch bekannt als Poly(methylmethacrylat), ist ein thermoplastisches Material, das leicht ist, eine gute mechanische Festigkeit aufweist und klar und transparent ist. Es ist nicht dehnbar, aber es ist sehr widerstandsfähig gegen Absplitterungen.

ABS; ABS ist eines der bekanntesten Spritzgießmaterialien. Es hat eine gute Festigkeit und Zähigkeit, Schlagzähigkeit und chemische Beständigkeit gegen Säuren, Basen und Öle. Es ist völlig undurchsichtig und kann in einer Vielzahl von Farben gespritzt werden. Das Beste daran ist, dass es im Vergleich zu den anderen Kunststoffspritzgussmaterialien auf dieser Liste sehr preiswert ist.

Nylon; Nylon ist ein großartiges Material. Es ist robust, hitzebeständig und hat gute Reibungs- und Verschleißeigenschaften. Es ist ein natürliches Material, kann aber auch in einem Labor hergestellt werden. Das im Labor hergestellte Material eignet sich hervorragend für das Spritzgießen. Außerdem kann es Schwingungen gut absorbieren und eignet sich daher gut für die Herstellung von Dingen, die Lärm dämpfen.

PC; PC ist extrem widerstandsfähig, splitterfrei und stoßfest. Es ist durchsichtig. Außerdem hat es die großartige Eigenschaft, seine mechanischen Eigenschaften und sein Aussehen über einen großen Temperaturbereich zu behalten. Es eignet sich also hervorragend für den Einsatz in Umgebungen mit hohen Temperaturen.

POM; POM eignet sich hervorragend für Dinge, die sehr präzise sein müssen. Es ist steif und unnachgiebig, so dass es seine Form kaum verändert. Es ist außerdem glatt und rutschig und eignet sich daher gut für Dinge, die viel aneinander reiben. Es kann auch mit sehr kalten Temperaturen umgehen.

PP; PP ist allgegenwärtig, vor allem in unseren Küchenschränken in Form von Lebensmittelbehältern. Es ist einer der gebräuchlichsten Kunststoffe, der von der FDA für die Verwendung im Kunststoffspritzguss zugelassen ist. Er ist hart, hitzebeständig, chemikalienbeständig und kann vielfach recycelt werden. Aufgrund dieser Eigenschaften ist er leicht zu verarbeiten.

PS; PS ist eines der wenigen spröden Spritzgießmaterialien. Es ist besonders leicht, beständig gegen Feuchtigkeit und chemische Reaktionen und eignet sich sehr gut für den Kunststoffspritzguss zu Hause, da es beim Abkühlen in der Form gleichmäßig schrumpft.

PE; PE wird in drei Hauptkategorien mit unterschiedlichen Dichten unterteilt: Polyethylen hoher Dichte (HDPE), Polyethylen niedriger Dichte (LDPE) und Polyethylenterephthalat (PET). Im Allgemeinen sind PE-Sorten dehnbar, haben eine gute Schlagzähigkeit und Kriechfestigkeit (können mechanischen Belastungen über lange Zeiträume standhalten, ohne sich zu verformen). Darüber hinaus sind sie resistent gegen chemische Reaktionen.

TPE ; TPE unterscheidet sich von anderen Spritzgießen Materialien, da es sich um eine Kunststoff-Gummi-Mischung handelt. Es vereint das Beste aus beiden Welten. Es ist flexibel, kann stark gedehnt werden, ist robust und kann recycelt werden. Und das Beste daran ist, dass es im Vergleich zu den meisten Gummi-Alternativen billig ist.

TPU ; TPU ist eine weitere Kautschuk-Kunststoff-Mischung, die in ihrer Polyurethan-Komponente sehr wünschenswerte Eigenschaften aufweist. Es ist sehr hart und hat eine sehr gute Druckfestigkeit, Abriebfestigkeit und chemische Beständigkeit. Darüber hinaus ändern sich diese Eigenschaften bei extremen Temperaturen kaum.

Bevor du dich entscheidest, solltest du dir überlegen, was du mit dem Teil machen willst und was die Maschine kann. Dann folgen Sie einfach den Anweisungen der Maschine, um Ihr Teil herzustellen.

Je nach dem, was Sie spritzen, kann das Anhaften des Teils an der Form dazu führen, dass sich die Form verschlechtert, wenn Sie versuchen, das Teil herauszunehmen, insbesondere bei flexiblen Materialien wie TPU oder TPE. Die Verwendung eines Formtrennmittels ist eine gute Möglichkeit, um das Teil von der Form zu trennen. Silikonformtrennmittel funktionieren mit Formlabs Grey Pro Resin, High Temp Resin und Rigid 10K Resin.

Tipps für Designer, die das DIY-Spritzgießen ausprobieren

Wenn Sie Ihre Form entwerfen, sollten Sie überlegen, ob sie gedruckt und geformt werden kann.

Die genaue Methode für DIY Spritzgießen variiert je nach Design und benötigtem Volumen, aber diese Tipps und Tricks helfen Ihnen, Ihre Erfolgsquote zu erhöhen. Um die Sichtbarkeit von Drucklinien auf Ihrem fertigen Teil zu verringern, drucken Sie Ihre Kunststoffform mit einer geringeren Schichthöhe (50 oder 25 Mikrometer pro Schicht statt der standardmäßigen 100). Beachten Sie jedoch, dass sich dadurch die Druckzeit verlängert.

Wenn Sie die Flächen senkrecht zur Zugrichtung um 2-5 Grad verziehen, lässt sich das Teil leichter herausnehmen und die Form wird nicht beschädigt. Sie können die Spaltflächen mit feinem Sandpapier abschleifen, um den Grat zu entfernen. Sie können ein Wasserbad verwenden, um Ihr Teil schneller abzukühlen und es vor Verformung zu schützen. Geprägte und gravierte Details sollten mindestens 1 mm von der Oberfläche entfernt sein.

Wenn Sie einen Aluminiumrahmen entwerfen, fügen Sie eine zusätzliche Dicke von 0,125 mm auf der Rückseite der Form hinzu, um eine Kompression zu erzeugen und eine vollständige Abdichtung zu gewährleisten.

Schlussfolgerung

Über 3D-Druck und Spritzguss wird oft so geredet, als seien sie Todfeinde, aber das ist nicht immer eine binäre Entscheidung. Das Prototyping und die Kleinserienproduktion, ob durch 3D-Druck direkt auf einem Teil oder durch Spritzgießen mit einer 3D-gedruckten Form, kann eine großartige Möglichkeit sein, Unternehmen dabei zu helfen, schneller, kostengünstiger und mit weniger Risiko auf den Markt zu kommen.