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 für die Prototypenfertigung mit thermoplastischen Materialien teurer als Drucker für Fused Deposition Modeling (FDM) und HP Nylon Multi-Jet Fusion (MJF), liefern jedoch eine gute Detailgenauigkeit.
Druckgröße: 3D-Drucker für Verbraucher sind für kleine Teile und Kleinserien ausgelegt. Sie sind gewissermaßen Miniaturausgaben der großen Geräte. Der durchschnittliche Bauraum ist mittelgroß und beträgt meist 145 × 145 × 175 mm.
Materialien: Obwohl der Drucker klein ist, steht eine große Materialauswahl zur Verfügung. Es gibt Harze für transparente, feste, dentale und flexible Teile. Zu den gängigsten Materialien für den Desktop-3D-Druck zählen Polycarbonat (PC), Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) und elastomere Polyurethanharze (EPU). Auf dem Markt sind außerdem viele günstigere Materialien erhältlich. Sie kosten etwa 15 Euro pro 500 ml.
Auflösung: Die Auflösung von Desktop-3D-Druckern ist für diese Preisklasse meist recht gut; die Schichtdicke liegt bei etwa 25–200 Mikrometern. Nach häufigem Gebrauch kann sie sich jedoch mitunter verschlechtern.
Gewicht: Desktop-SLA-Harzdrucker wiegen weniger als 10 kg und sind ausgesprochen 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 eine Desktop-Spritzgießmaschine für Sie sinnvoll ist, hängt vom Anwendungsfall und den Bedürfnissen des Nutzers ab. Heimwerkern und kleinen Studios kann sie eine günstige, schnelle und einfach bedienbare Möglichkeit bieten, 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 gehören zu den beliebtesten Harzarten im 3D-Druck. Sie härten unter ultraviolettem Licht rasch aus. Dieses Harz lässt sich schnell härten und bildet feine Details hervorragend ab. Lichthärtende Harze eignen sich für detailreiche Modelle, Kunstobjekte und hochwertige Maschinenteile.
Verbundharze: Verbundharze entstehen durch das Mischen von zwei oder mehr Harzwerkstoffen. Festigkeit und Härte lassen sich über das Mischungsverhältnis einstellen, sodass sowohl weiche als auch harte Gegenstände hergestellt werden können. Verbundharze weisen zudem eine gute Chemikalien- und Wärmebeständigkeit auf.
Silikonharze: Silikonharze sind Hochleistungswerkstoffe mit hoher Festigkeit und Härte, hoher Temperaturstabilität und ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften. Sie sind außerdem gut witterungsbeständig und gasdicht und werden daher häufig für hochwertige Automobilteile sowie Komponenten in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt.
Thermoplastisches Harz: Thermoplastisches Harz ist ein Harzwerkstoff, der sich bei hohen Temperaturen plastisch verformen lässt. Es besitzt eine gute Wärme- 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 als Polymethylmethacrylat bekannt, ist ein leichter thermoplastischer Werkstoff mit guter mechanischer Festigkeit und hoher Transparenz. Es ist zwar nicht duktil, widersteht jedoch Abplatzungen gut.
ABS; ABS gehört zu den bekanntesten Spritzgießwerkstoffen. Es besitzt eine gute Festigkeit und Zähigkeit, ist schlagfest und beständig gegen Säuren, Laugen und Öle. Es ist vollständig undurchsichtig und kann in zahlreichen Farben spritzgegossen werden. Vor allem ist es im Vergleich zu den anderen Kunststoff-Spritzgießwerkstoffen dieser Liste sehr günstig.
Nylon; Nylon ist ein hervorragender Werkstoff. Es ist zäh, wärmebeständig und besitzt gute Reibungs- und Verschleißeigenschaften. Es kommt natürlich vor, kann aber auch synthetisch hergestellt werden. Die synthetische Variante eignet sich ausgezeichnet zum Spritzgießen. Zudem absorbiert Nylon Schwingungen gut und eignet sich daher für schalldämpfende Bauteile.
PC; PC ist äußerst zäh, abplatzungs- und schlagfest. Es ist transparent. Außerdem behält es seine mechanischen Eigenschaften und sein Erscheinungsbild über einen großen Temperaturbereich bei. Daher eignet es sich hervorragend für Hochtemperaturumgebungen.
POM; POM eignet sich hervorragend für Anwendungen, die hohe Präzision erfordern. Es ist steif und formstabil und verformt sich daher nur wenig. Seine gleitfähige, glatte Oberfläche prädestiniert es für Bauteile mit hoher Reibbeanspruchung. Auch sehr niedrige Temperaturen verträgt es gut.
PP; PP begegnet uns überall, insbesondere als Lebensmittelbehälter in Küchenschränken. Es ist einer der gebräuchlichsten Kunststoffe, die von der FDA für das Kunststoff-Spritzgießen zugelassen sind. PP ist hart, wärme- und chemikalienbeständig und kann mehrfach recycelt werden. Diese Eigenschaften erleichtern seine Verarbeitung.
PS; PS gehört zu den wenigen spröden Spritzgießwerkstoffen. Es ist besonders leicht sowie feuchtigkeits- und chemikalienbeständig. Da es beim Abkühlen in der Form gleichmäßig schwindet, eignet es sich sehr gut für das Kunststoff-Spritzgießen zu Hause.
PE; PE wird nach seiner Dichte in drei Hauptgruppen unterteilt: Polyethylen hoher Dichte (HDPE), Polyethylen niedriger Dichte (LDPE) und Polyethylenterephthalat (PET). PE-Typen sind im Allgemeinen duktil, besitzen eine gute Schlagzähigkeit und Kriechbeständigkeit, sodass sie mechanischen Lasten lange ohne Verformung standhalten. Darüber hinaus sind sie chemikalienbeständig.
TPE; TPE unterscheidet sich von anderen Spritzgießwerkstoffen, da es eine Kunststoff-Kautschuk-Mischung ist. Es vereint die Vorteile beider Werkstoffgruppen: Es ist flexibel, stark dehnbar, fest und recycelbar. Gegenüber den meisten Kautschukalternativen ist es zudem günstig.
TPU; TPU ist eine weitere Kautschuk-Kunststoff-Mischung, deren Polyurethananteil besonders vorteilhafte Eigenschaften aufweist. Es ist sehr hart und besitzt eine ausgezeichnete Druckfestigkeit, Abriebfestigkeit und Chemikalienbeständigkeit. Diese Eigenschaften verändern sich auch bei extremen Temperaturen nur wenig.
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.
Das genaue Vorgehen beim Spritzgießen in Eigenregie hängt von der Konstruktion und der benötigten Stückzahl ab. Die folgenden Hinweise erhöhen jedoch die Erfolgsaussichten. Drucken Sie Ihre Kunststoffform mit einer geringeren Schichthöhe, um sichtbare Drucklinien am fertigen Teil zu reduzieren: Verwenden Sie 50 oder 25 Mikrometer pro Schicht statt der üblichen 100 Mikrometer. Beachten Sie, 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.
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