Manche Leute denken, dass Kunststoffspritzguss nur für die Massenproduktion von Endprodukten geeignet ist; die meisten Leute denken, dass Stahlformen nur für Spritzgießen in Großserie und Aluminiumformen sind für Kleinserien-Spritzgießen aber teure Produktion. Es ist jedoch höchste Zeit, dass diese Annahmen in Frage gestellt werden. So kann das Spritzgießen, das in der Regel als ein für die Großserienproduktion geeignetes Verfahren angesehen wird, auch für das Prototyping und die Kleinserienproduktion effektiv eingesetzt werden.

Ja, Prototyp-Spritzgussformen sind mit gewissen Kosten verbunden, aber diese sind in der heutigen Welt nicht sehr hoch. Im Gegensatz zu früher, wo der Formenbau Monate dauerte, kann ein kompetenter Fertigungspartner heute Formen innerhalb von Wochen herstellen.

Wenn man von Prototyp-Spritzgießenmuss man das Gesamtbild berücksichtigen. Dazu gehören das Design des Teils, die Art des zu verwendenden Materials, die Kosten für die Werkzeuge und die für den Produktionsprozess benötigte Zeit. Wenn Sie in der Lage sind, das Gesamtbild zu betrachten, können Sie vermeiden, Entscheidungen zu treffen, die kostspielig und zeitraubend sind. Wenn Ihnen also jemand gesagt hat, dass das Spritzgießen für das Prototyping nicht geeignet ist, ist es höchste Zeit, dass Sie Ihre Meinung ändern.

Erforschung des Prototyp-Spritzgießens

In den letzten Jahren hat die Technologie des 3D-Drucks die Bedeutung des Begriffs "Rapid Prototyping" verändert und ist nun eine machbare Option für die traditionelle Fertigung. Mit den Fortschritten in der Drucktechnologie, dem Sintern des Materials und dem Veredelungsprozess sowie der Verfügbarkeit von mehr Materialien für die Verwendung wurden neue Möglichkeiten geschaffen. Eine der wichtigsten Entwicklungen ist die Möglichkeit, den 3D-Druck für die Entwicklung von spritzgegossenen Prototypenwerkzeugen für Kleinserien und die Produktion zu nutzen. Diese Technik wird von Produktentwicklern, Werkzeugherstellern und Auftragsfertigern aufgrund der folgenden Vorteile nach und nach übernommen.

Konventionell Spritzgießprototyp ist weithin dafür bekannt, dass sie bei der Herstellung von Großserien sehr effizient ist. Mit Aluminiumformen können Tausende von Teilen hergestellt werden, während Stahlformen die höchste Massenproduktionskapazität bieten. Allerdings sind diese konventionellen Verfahren oft bürokratisch und teuer, vor allem, wenn es zu Fehlern im Prozess kommt. Der Einsatz von 3D-gedruckten Werkzeugen für den Prototypenspritzguss ist billiger als die Serienproduktion und verringert zudem die Wahrscheinlichkeit, dass Fehler im Werkzeugbau behoben werden müssen.

Vorteile des Spritzgießens beim Prototyping

Das Spritzgießen von Prototypen ist eine der nützlichen Techniken, die im Prozess der Produktentwicklung eingesetzt werden können, um das Risiko der Massenproduktion zu minimieren. Hier sind die Vorteile, die wahrscheinlich realisiert werden können:

Erschwingliches Prototyping

Der Einsatz des 3D-Drucks bei der Entwicklung von Prototypen für Spritzgussformen kann eine große Hilfe bei der Senkung der Kosten und des Zeitaufwands für den Prototyping-Prozess sein. Herkömmliche Formen werden aus Aluminium oder Stahl hergestellt; sie sind teuer und lassen sich nach der Herstellung nicht ohne Weiteres ändern, was zu einer Herausforderung wird, wenn Änderungen erforderlich sind. 3D-gedruckte Formen sind jedoch billiger und können schneller geändert werden, wie der Kostenvergleich und die Zeitanalyse der Werkzeugherstellung zeigen.

Realistische Funktionsprüfung

Der Prototypenspritzguss ist ebenfalls relativ kostengünstig und ermöglicht es, ein Produkt mit dem Material zu testen, aus dem es hergestellt werden soll. 3D-gedruckte Formen sind in der Regel aus Kunststoff und können mit Keramikfasern verstärkt werden; sie halten dem Druck stand, der bei der Arbeit mit verschiedenen Thermoplasten wie Polycarbonat, Nylon 66, ABS, POM, Ultem und GF Ultem entsteht. Auf diese Weise können mehr als zwanzig Prototypen hergestellt werden, die dem Endprodukt zum Testen und Bewerten sehr ähnlich sind.

Schnelle Feedback-Zyklen

Es ist unbedingt zu beachten, dass das Feedback ein wesentlicher Aspekt bei der Entwicklung von Produkten ist und daher so schnell wie möglich erfolgen sollte. Der Prototypenspritzguss ermöglicht die Herstellung kleiner Mengen von Teilen, die leicht an Betatester und Entwicklungsabteilungen weitergegeben werden können. Diese kurze Vorlaufzeit ist besonders nützlich für die Kundenzufriedenheit und für Unternehmen mit Filialen oder Einrichtungen, um sicherzustellen, dass ihnen die Ersatzteile nicht ausgehen.

Verhinderung von Problemen im Spätstadium

Es ist nicht normal, dass man beim ersten Versuch der Gestaltung Perfektion erreicht. Die größten Probleme sind die Zeit und das Geld, die für Fehler verschwendet werden, die in den späteren Phasen des Projekts auftreten. Wenn die Idee des Prototyp-Spritzgießens in den frühen Phasen der Entwicklung angewandt wird, können einige Produktionsprobleme vermieden werden, da sie erkannt und behoben werden, bevor sie sich verschlimmern.

Durch die Anwendung des Prototyp-Spritzgießens sind die Produktentwickler in der Lage, eine bessere und effizientere Methode zur Entwicklung des Produkts zu finden, die dazu beiträgt, die Lücke zwischen dem Konzept und der tatsächlichen Produktion des Produkts zu schließen.

Vergleich zwischen Prototypenguss und Massenguss

Die Einteilung des Kunststoffspritzgießens erfolgt hauptsächlich nach der Anzahl der hergestellten Teile, und zwar zwischen der Herstellung von Prototypen und der Produktion von Endverbrauchsteilen. Beide Verfahren ähneln sich zwar in den Techniken, die zur Herstellung des Teils verwendet werden, aber beide Verfahren sind so konzipiert, dass sie kostengünstig, funktionell und mechanisch stabil für das jeweilige Teil sind. Der Hauptunterschied liegt in der Art der Form, die verwendet wird.

Beim Prototypenguss wird eine CNC-gefräste Form verwendet, um geschmolzenen thermoplastischen Kunststoff einzuspritzen und anschließend abzukühlen. Das Besondere an diesem Verfahren ist, dass anstelle von herkömmlichen Stahlformen Aluminiumformen verwendet werden. Aluminiumformen erhöhen nicht nur die Herstellungsgeschwindigkeit, sondern senken auch die Herstellungskosten und eignen sich daher für die Herstellung gebrauchsfähiger Teile.

Es können verschiedene Arten von Kunststoffen verwendet werden, was eine breite Palette von Möglichkeiten bietet, selbst wenn die Form aus einem einzigen Material hergestellt wird. Der Hauptzweck des Prototypenbaus besteht darin, die für die Herstellung erforderliche Zeit und die Gesamtkosten der Herstellung zu verkürzen.

Wann sollte man sich für das Spritzgießen von Prototypen entscheiden?

Im Folgenden sind einige der Faktoren aufgeführt, die bei der Entscheidung über den Einsatz des Prototypengusses helfen. Erstens ist es in der Entwurfsphase und beim Testen der Materialien effektiv, da es einen realitätsnahen Ansatz für die Analyse von Kosten und Möglichkeiten bietet. Zweitens bietet das Prototypengießen bei der Überprüfung der Funktionalität von Teilen, die in großen Stückzahlen hergestellt werden sollen, eine ausgezeichnete Gelegenheit, die Teile zu testen, bevor sie in die Massenproduktion gehen.

Außerdem kann der Prototypenbau die Effizienz von Forschung und Entwicklung steigern und die Zeit bis zur Marktreife verkürzen, weshalb er bei Unternehmen, die einen schnellen Markteintritt anstreben, sehr beliebt ist. Ein weiterer Faktor, der berücksichtigt werden muss, ist das Prototyping, das geeignet ist, wenn die Produktion etwa 10.000 Einheiten betragen soll und die Kosten für das Gießen relativ hoch sind.

Bei der Massenproduktion hingegen werden Formen aus Stahlwerkstoffen verwendet, die langfristig für die Herstellung einer großen Anzahl von Teilen eingesetzt werden. Diese Formen können auch kompliziertere Teilegeometrien aufnehmen und sind für lange Produktionsläufe ausgelegt. Die Kosten für die Herstellung von Großserienwerkzeugen sind aufgrund der Verwendung von hochwertigem Stahl und der zeitaufwändigen Verfahren relativ höher als die von Prototypenwerkzeugen; bei großen Stückzahlen sind die Kosten pro Stück jedoch relativ niedrig. Die Herstellung von Formen für die Massenproduktion dauert länger und erfordert anfangs mehr Geld, aber sie sind pro Stück billiger und eignen sich ideal für große Produktionsserien.

Vorteile des Kunststoffspritzgießens

Schnelles Spritzgießen von Kunststoffteilen durch Prototyping hat zahlreiche Vorteile, die für die Produktentwicklung sehr wichtig sind. Diese Methode ermöglicht es Ingenieuren und Designern nicht nur, die Qualität der Teile zu bestätigen, sondern auch echte Teile für Markttests zu verwenden, bevor die Entwürfe fertiggestellt werden. Neben der Überprüfung des Designs und der strukturellen Validierung hilft der schnelle Prototypenspritzguss bei der Optimierung des Werkzeugdesigns für die Produktionsläufe.

Es erweist sich als besonders nützlich für Produkte, die in den frühen Phasen des Produktlebenszyklus hohe ästhetische Standards und Leistungen aufweisen. Es ist ratsam, MSI Mold um ein Angebot für den schnellen Prototypenspritzguss zu bitten, bevor Sie in teure Produktionswerkzeuge investieren. Hier sind einige weitere wichtige Vorteile des Prototyping von Kunststoffteilen vor der Serienfertigung:

1. Beschleunigte und verlässliche Produkteinführung: Prototyping und Markttests können dazu beitragen, eine Reihe von Problemen zu überwinden, die die Ursache für viele Produktmisserfolge sind, darunter ungenaue Kostenschätzungen und unzureichende Marktkenntnisse. Dieser Ansatz macht den Prozess der Markteinführung eines Produkts weniger problematisch und effektiver.
2. Verbesserte Produktfunktionalität und -erscheinung: Es ist einfacher, die Leistung und das Aussehen der Prototypen in der realen Welt zu bewerten, als dies anhand von technischen Zeichnungen oder Visualisierungen zu tun.
3. Rationalisierter Designprozess: Das Prototyping ist nützlich, um die Gesamtzeit für die Konstruktion und Entwurfsprüfung zu verkürzen, da es einen physischen Beweis für die Machbarkeit eines Produkts bietet. Denn wenn man einen Prototyp eines Kunststoffspritzgussteils in der Hand hat, ist es einfacher, die Beteiligten zu überzeugen.
4. Kosteneinsparungen beim Werkzeugbau: Der schnelle Prototypenspritzguss ist nützlich, um etwaige Probleme aufzudecken, bevor sie in die Produktionswerkzeuge eingebaut werden, und so die Wahrscheinlichkeit zu minimieren, dass die Werkzeuge neu angefertigt werden müssen. Dieser Ansatz ist proaktiv und führt langfristig zu großen Einsparungen im Vergleich zu einem reaktiven Ansatz.

Der Einsatz des Rapid-Prototyping-Spritzgusses für die Herstellung von Kunststoffteilen garantiert also nicht nur die Qualität des Produkts und seine Marktfähigkeit, sondern trägt auch zur Verbesserung des Produktentwicklungsprozesses in Bezug auf Zeit und Kosten bei.

Überlegungen zur Materialauswahl beim Spritzgießen

Die Auswahl des richtigen Materials ist sowohl beim Prototypenspritzguss als auch beim Produktionsspritzguss sehr wichtig. Es dürfen jedoch dieselben Kunststoffe verwendet werden, sofern sie einige Faktoren erfüllen. So eignet sich beispielsweise glasgefülltes Nylon gut für die Produktion, verschleißt aber die Prototyp-Spritzgießformen schneller, da es abrasiv ist. Beim Prototyping eines Satzes von etwa 100 Teilen ist der Verschleiß jedoch nicht so kritisch wie bei der Herstellung von 10.000 Teilen.

Es gibt einen Unterschied zwischen den so genannten Standardkunststoffen und den technischen Kunststoffen in Bezug auf das verwendete Material. Standardkunststoffe sind billiger als technische Kunststoffe, haben aber möglicherweise nicht die gleichen mechanischen Eigenschaften. Zum Beispiel, PEEK-Injektionsspritzguss, ein technischer Kunststoff, der in medizinischen Geräten verwendet wird, ist relativ teuer und kann in geringen Mengen erhältlich sein, insbesondere wenn er in großen Mengen gekauft wird.

Wenn Sie einen Prototyp herstellen wollen, der wie ein echter funktioniert, können Sie ein billigeres Material wie Polyphenylsulfon (PPSU) verwenden. Es ist jedoch erwähnenswert, dass PPSU kann ausreichend sein, stellt aber die Formbarkeit Ihres Teils nicht in dem Maße in Frage, wie das vorgesehene Produktionsmaterial PEEK ist. Eine andere Möglichkeit wäre die Anwendung der Methode der additiven Fertigung mit Hilfe von 3D-Druckfilamenten aus Materialien wie PPSU oder PEEK. Diese Methode kann zur Senkung der Werkzeugkosten beitragen und ermöglicht die Verwendung des bevorzugten Kunststoffs.

Daher ist die Materialauswahl einer der wichtigsten Faktoren, die den Erfolg des Prototyp- und Produktionsspritzgießverfahrens und die Kosten der endgültigen Teile bestimmen, während gleichzeitig die mechanischen Anforderungen und die Formbarkeit erfüllt werden.

Vergleich der Merkmale von Prototyp- und Produktionsspritzgießformen: Stahl vs. Aluminium

Der Unterschied zwischen Prototyp- und Produktionsspritzgießformen besteht nicht nur in der Wahl des Metalls. Beide können aus Aluminium oder Stahl hergestellt werden, aber sie unterscheiden sich in einer Reihe wichtiger Parameter. Einer davon ist die Formklasse der SPI (Society of Plastics Industry), wobei die Klasse 105 für die Herstellung von Prototypen bestimmt ist, die in der Regel nicht mehr als 500 Stück umfassen. Mit diesem Klassifizierungssystem werden Normen für die Oberflächenbeschaffenheit der Formen festgelegt, die für die Leistungsfähigkeit der Formen und die Qualität der Teile entscheidend sind.

Beim Prototypenspritzgießen liegt der Schwerpunkt auf der Qualität des Teils und nicht auf der Haltbarkeit des Werkzeugs. Dies ist vor allem bei FAIs wichtig, um zu prüfen, ob die Teile die erforderlichen Eigenschaften aufweisen oder nicht. Während bei Produktionsspritzgießwerkzeugen die Zykluszeit und die Lebensdauer des Werkzeugs im Vordergrund stehen, geht es bei Prototypwerkzeugen darum, die beste Teilequalität zu erzielen, auch wenn dies bedeutet, dass die Zykluszeitoptimierung etwas zurückgeht.

Bei der Konstruktion und dem Bau von Produktionsspritzgießwerkzeugen stehen dagegen Aspekte wie Zykluszeit, Teilequalität und Lebensdauer der Werkzeuge (Zyklen) im Vordergrund. Diese Werkzeuge sind für den Einsatz in der Großserienproduktion mit qualitativ hochwertigen Teilen ausgelegt und müssen nur selten oder gar nicht ausgetauscht werden.

Die Entscheidung, welches Spritzgießwerkzeug - Prototyp oder Produktion - verwendet werden soll, hängt von mehreren Faktoren ab, wie z. B. der Anwendung, der Menge der benötigten Teile und der Qualität. Jeder Werkzeugtyp hat seine Stärken und Schwächen, und es ist wichtig, diese Unterschiede zu kennen, wenn man ein Werkzeug für das Spritzgießen auswählt.

Kontaktieren Sie SIncere Tech für Ihr Prototypen-Projekt

Wenn Sie professionelle Dienstleistungen im Bereich des Prototypenspritzgießens suchen, können Sie sich an Sinceretech wenden. Sinceretech verfügt über zuverlässige Produktionspartner auf der ganzen Welt, die sich auf das Spritzgießen konzentrieren und Dienstleistungen vom Konzept bis zur Produktion anbieten. Sinceretech bietet viele Dienstleistungen an, wie zum Beispiel 3D-Druck und Spritzgießen, so dass Sie je nach Entwicklungsphase das geeignete Verfahren wählen können. Dieser integrierte Ansatz führt zu einem effizienten Produktionsprozess, da sich damit komplexe Teile, z. B. Prototypen, sehr schnell herstellen lassen.