Spritzgussformen für 3D-Druck

Spritzgussformen für 3D-Druck

Der 3D-Druck wird meistens mit der direkten Herstellung von Prototypen oder Teilen in Verbindung gebracht, er kann jedoch auch für die Herstellung der Formen und Werkzeuge nützlich sein, die in traditionelleren Fertigungsprozessen verwendet werden. In diesem Artikel werden die verschiedenen Vor- und Nachteile des 3D-Drucks der im Spritzgussverfahren verwendeten Formen detailliert beschrieben.

Warum 3D-Druck einer Form?

Das erste Problem, das angesprochen werden sollte, ist, warum Sie den 3D-Druck verwenden möchten, um ein Werkzeug zu erstellen, anstatt direkt zu drucken oder ein CNC-bearbeitetes Werkzeug zu verwenden. Es hängt alles von den Besonderheiten der fraglichen Produktion ab, insbesondere von der Anzahl der Teile, die produziert werden müssen.

Spritzgussformen Prototyping vs. Kleinserienfertigung Massenproduktion

Bei großen Serien besteht kein Zweifel, dass eine CNC-bearbeitete Metallform überlegen ist. 3D-gedruckte Formen sind nicht besonders langlebig und selbst bei Verwendung der stärksten Materialien halten sie normalerweise nicht mehr als 100 Injektionen. Im Vergleich dazu kann eine Metallform Zehntausende von Teilen herstellen, bevor sie ausgetauscht werden muss.

Auf der anderen Seite, wenn nur eine sehr kleine Anzahl von Prototypen produziert werden muss, ist es am besten, sie direkt in 3D zu drucken. Beim Prototyping ist die additive Fertigung kaum zu überbieten. 3D-gedruckte Spritzgussformen eignen sich am besten für ein bestimmtes Fenster, in dem die Anzahl der zu produzierenden Teile beträchtlich ist, aber immer noch weniger als 100 beträgt. Es kann Fälle geben, in denen ein bestimmtes Material verwendet werden muss, das nicht leicht 3D-gedruckt werden kann Es ist sinnvoll, eine Form für eine sehr geringe Anzahl von Teilen herzustellen. Im Allgemeinen ist jedoch ein Produktionslauf von 50 bis 100 Teilen für das 3D-gedruckte Spritzgießen am kostengünstigsten, obwohl dies je nach den spezifischen Umständen variieren kann.

Kosteneffizient

Der Hauptvorteil des 3D-Druckens einer Form im Vergleich zur Herstellung einer herkömmlichen Form sind die Kosten. Es ist schwierig, einen genauen Preis festzulegen, aber die Herstellung einer CNC-bearbeiteten Metallform kostet normalerweise mehrere tausend Dollar. Für mehr High-End-Werkzeuge kann dies manchmal sogar bis zu 5 Ziffern betragen. Die Materialkosten für die Herstellung einer 3D-Druckgussform sind extrem niedrig und liegen oft unter 100 US-Dollar. Wenn Sie die Lohnkosten und andere Faktoren berücksichtigen, steigt diese Zahl in gewissem Maße an. Es ist jedoch eindeutig der Fall, dass der 3D-Druck einer Form wesentlich billiger ist als die Herstellung mit herkömmlichen Mitteln.

Schnell und flexibel

3D-gedruckte Formen lassen sich auch wesentlich schneller herstellen und führen zu wesentlich kürzeren Durchlaufzeiten. Die Gesamtzeit für die Herstellung von 100 Teilen oder weniger im 3D-Druckguss sollte nur etwa 2 Tage betragen, im Vergleich zu mehr als einer Woche beim Standard-Spritzguss.

3D-gedruckte Formen ermöglichen zudem eine viel größere Flexibilität. Oft ist es notwendig, ein Design zu optimieren oder periodisch eine neue Iteration zu erstellen. Beim traditionellen Spritzgießen kann dies angesichts der Kosten, die mit der Herstellung einer neuen Form verbunden sind, unerschwinglich teuer sein. Bei 3D-gedruckten Formen ist jedoch lediglich eine schnelle Anpassung an das 3D-Modell erforderlich, und die neue Form kann am nächsten Tag einsatzbereit sein.

Mangel an Haltbarkeit

Wie oben angesprochen, ist der Hauptnachteil einer 3D-gedruckten Form die mangelnde Haltbarkeit. Beim Spritzgießen werden oft sehr hohe Temperaturen eingesetzt, die weit über dem Bereich liegen, den die meisten SLA-Harze aushalten können. Hitzebeständige Harze werden beim Drucken von Formen dieser Art speziell ausgewählt, aber die Temperatur ist ein wesentlicher Schwachpunkt. 3D-Druckmaterial ist auch nicht so hart wie Aluminium oder Stahl. Jedes Mal, wenn ein Teil ausgeworfen wird, wird das Werkzeug mit einer Belastung belastet, und selbst das stärkste 3D-gedruckte Werkzeug hat keine Chance, Tausende von Teilen zu überleben, wie dies bei herkömmlichen Werkzeugen der Fall ist.

Formen stärken

Es gibt jedoch einige Schritte, um die Haltbarkeit von 3D-Druckformen zu verbessern. Es ist beispielsweise üblich, die 3D-gedruckte Form in einen Aluminiumrahmen einzusetzen. Dies hat den Effekt, dass die Form viel steifer wird und das Material auch vor den hohen Temperaturen und etwas Abrieb geschützt werden kann. Es ist auch wichtig, Funktionen wie Kanäle und Belüftungsöffnungen in das Design der Form zu integrieren. Durch Kanäle wird überschüssiges Material abfließen und die Kühlung erheblich verbessert, winzige Belüftungsöffnungen, die nur einen Bruchteil eines Millimeters groß sind, helfen dabei, eingeschlossene Luft, die sich sonst ansammeln könnte, zu beseitigen und Probleme zu verursachen.

Nachbearbeitung

Es ist erwähnenswert, dass 3D-gedruckte Formen nach dem Drucken sorgfältig geschliffen werden müssen. Selbst bei Verwendung einer sehr dünnen Schichthöhe gibt es immer noch ein gewisses Maß an Treppen und Rauheit, und es ist ein Schleif- und Polierprozess erforderlich, um sicherzustellen, dass dies nicht in die Form übertragen wird. Um den erforderlichen Schleifaufwand zu minimieren, drucken Sie die Form am besten so, dass die Stützstrukturen nur den Rücken berühren und die Hauptfläche nicht beeinflussen.

Gleiche Technik, andere Technik

Trotz einiger zusätzlicher Details, die beachtet werden müssen, folgt das 3D-gedruckte Formdesign den gleichen Prinzipien wie das herkömmliche Formdesign. Zum Beispiel ist es für beide Formen wichtig, vollkommene Rechteckwinkel zu vermeiden, da dies das Auswerfen des Teils erschweren kann. Konstrukteure verfügen in der Regel über eine geringe Schrägstellung, damit das fertige Teil herausrutscht, anstatt die Kanten vollständig vertikal zu gestalten. Aus demselben Grund sollten scharfe Ecken am besten vermieden werden. In der Regel sorgen Designer dafür, dass alle Ecken leicht gerundet sind. Andere wichtige Bereiche, z. B. Maßnahmen zur Vermeidung von Gratbildung (Material, das während des Einspritzens aus der Form austritt) werden auch von beiden Modellen gemeinsam genutzt. Jeder, der Erfahrung mit herkömmlichen Formen hat, kann problemlos auf 3D-gedruckte Formen umsteigen.

Drucktechnologie

Industrielle SLA-Maschinen wie die von ProtoFab sind mit einer ähnlichen Genauigkeit wie die CNC-Bearbeitung in der Lage, daher ist Präzision im Allgemeinen kein Problem. Es kann Fälle geben, in denen sehr kleine Löcher oder komplizierte Gewindeelemente während der Nachbearbeitung gebohrt oder angezapft werden müssen. Trotzdem ist die Gesamtbearbeitungszeit immer noch deutlich geringer als für die entsprechende CNC-bearbeitete Form. Es ist wichtig zu wissen, dass Desktop-SLA-Maschinen für die Herstellung von Gussformen völlig ungeeignet sind. Abgesehen von SLA und PolyJet weisen die meisten anderen Formen des 3D-Drucks Eigenschaften auf, die sie für die Gussformherstellung ungeeignet machen. SLA ist kostengünstiger als PolyJet, daher empfehlen wir diese Technik.

Zusammenfassung

3D-gedrucktes Spritzgießen ist eine ausgezeichnete Wahl, wenn die Umstände stimmen. Es ist perfekt für den Fall, dass die Produktion mehr als nur ein paar Prototypen ist, aber dennoch als Kleinserie betrachtet werden kann. Es eignet sich auch für Situationen, in denen es wahrscheinlich zu Änderungen am Design kommen wird, beispielsweise bei einem Produkt, das sich durch mehrere Iterationen entwickelt. Wenn die Bedingungen stimmen, kann diese Form der Herstellung mehr als zehnmal billiger als bei herkömmlichen Verfahren sein, ganz zu schweigen von viel schneller. Wie oben beschrieben, sind 3D-gedruckte Formen jedoch in mehrfacher Hinsicht den herkömmlichen Metallformen unterlegen. Daher sollten Sie die Optionen sorgfältig abwägen.