Sommige mensen denken dat kunststof spuitgieten alleen is bedoeld voor de massaproductie van eindproducten; de meeste mensen denken dat stalen mallen zijn bedoeld voor grootschalige productiegieten en aluminium mallen zijn voor spuitgieten met een lager volume maar dure productie. Het is echter hoog tijd dat deze aannames worden uitgedaagd. Zo kan spuitgieten, dat doorgaans wordt beschouwd als een proces dat geschikt is voor grootschalige productie, ook effectief worden gebruikt bij prototyping en kleinschalige productie.

Ja, prototype spuitgietmatrijzen hebben wel wat kosten, maar die zijn in de huidige wereld niet zo hoog. In tegenstelling tot vroeger, toen het maken van mallen maanden duurde, kan een competente productiepartner nu mallen in weken maken.

Als we het hebben over prototype spuitgieten, moet men rekening houden met het grote geheel. Dit omvat het ontwerp van het onderdeel, het type materiaal dat moet worden gebruikt, de kosten van de gereedschappen en de tijd die het productieproces in beslag neemt. Wanneer u in staat bent om naar het grote geheel te kijken, kunt u voorkomen dat u beslissingen neemt die kostbaar en tijdrovend zijn. Daarom, als iemand u heeft verteld dat spuitgieten niet geschikt is voor prototyping, is het hoog tijd dat u van gedachten verandert.

Prototype spuitgieten verkennen

De afgelopen jaren heeft de technologie van 3D-printen de betekenis van de term rapid prototyping veranderd en is het nu een haalbare optie voor traditionele productie. Met de vooruitgang in printtechnologie, het sinteren van materiaal en het afwerkingsproces, en de beschikbaarheid van meer materialen voor gebruik, zijn er nieuwe kansen gecreëerd. Een van de belangrijkste ontwikkelingen is de mogelijkheid om 3D-printen te gebruiken bij het ontwikkelen van spuitgegoten prototypegereedschappen voor prototyping en productie in korte oplages. Deze techniek wordt geleidelijk aan opgenomen door productontwikkelaars, gereedschapsmakers en contractfabrikanten vanwege de volgende voordelen.

Conventioneel spuitgietprototype staat erom bekend zeer efficiënt te zijn in productieruns met een hoog volume. Aluminium mallen kunnen duizenden onderdelen maken, terwijl stalen mallen de hoogste massaproductiecapaciteit bieden. Deze conventionele processen zijn echter vaak bureaucratisch en duur, vooral als er fouten in het proces zitten. Het toepassen van 3D-geprinte gereedschappen in prototype-spuitgieten is goedkoper dan wanneer men over moet gaan op volledige productie, en het verkleint ook de kans dat er fouten in de tooling moeten worden hersteld.

Voordelen van spuitgieten bij prototyping

Prototype spuitgieten is een van de nuttige technieken die kunnen worden gebruikt in het proces van productontwikkeling om het risico van massaproductie te minimaliseren. Dit zijn de voordelen die waarschijnlijk worden gerealiseerd:

Betaalbare prototyping

Het gebruik van 3D-printen bij de ontwikkeling van prototypes van spuitgietmatrijzen kan een grote hulp zijn bij het verlagen van de kosten en de tijd die nodig is voor het prototypeproces. Traditionele mallen worden gemaakt van aluminium of staal; ze zijn duur en kunnen niet gemakkelijk worden gewijzigd nadat ze zijn gemaakt, wat een uitdaging wordt als er wijzigingen nodig zijn. 3D-geprinte mallen zijn echter goedkoper en sneller in het maken van wijzigingen, zoals benadrukt in de kostenvergelijking en tijdsanalyse van gereedschap.

Realistische functionele testen

Prototype spuitgieten is ook relatief goedkoop en maakt het mogelijk om een product te testen met het materiaal waarvan het gemaakt zal worden. 3D-geprinte mallen zijn meestal van plastic en kunnen worden versterkt met keramische vezels; ze kunnen de druk aan van het werken met verschillende thermoplasten zoals polycarbonaat, nylon 66, ABS, POM, Ultem en GF Ultem. Dit maakt het mogelijk om meer dan twintig prototypes te maken die bijna gelijk zijn aan het eindproduct voor testen en beoordelen.

Snelle feedbackcycli

Het is van belang om op te merken dat feedback een essentieel aspect is bij de ontwikkeling van producten en daarom zo snel mogelijk moet zijn. Prototype spuitgieten maakt de productie van kleine hoeveelheden onderdelen mogelijk die eenvoudig kunnen worden geleverd aan bètatesters en technische afdelingen. Deze korte doorlooptijd is vooral handig voor klanttevredenheid en voor organisaties met vestigingen of faciliteiten, om ervoor te zorgen dat ze niet zonder reserveonderdelen komen te zitten.

Voorkomen van problemen in een laat stadium

Het is niet normaal om perfectie te bereiken bij de eerste poging tot ontwerpen. De grootste problemen zijn de tijd en het geld dat wordt verspild aan de fouten die optreden in de latere fasen van het project. Als het idee van prototype spuitgieten wordt toegepast in de vroege stadia van ontwikkeling, dan is het mogelijk om enkele productieproblemen te vermijden omdat ze worden geïdentificeerd en aangepakt voordat ze verergeren.

Door de toepassing van prototype-spuitgieten kunnen productontwikkelaars een betere en efficiëntere manier bedenken om het product te ontwikkelen. Hiermee wordt de kloof tussen het concept en de daadwerkelijke productie van het product gedicht.

Vergelijking van prototypegieten en massagieten

De classificatie van kunststof spuitgieten wordt voornamelijk gedaan met betrekking tot het aantal onderdelen dat wordt vervaardigd; dit gebeurt tussen de productie van prototypes en de productie van eindgebruikonderdelen. Hoewel beide methoden vergelijkbaar zijn in de technieken die worden gebruikt om het onderdeel te produceren, zijn beide methoden ontworpen om kosteneffectief, functioneel en mechanisch sterk te zijn voor het specifieke onderdeel. Het belangrijkste verschil zit in het type mal dat wordt gebruikt.

Bij prototypevorming omvat het proces het gebruik van een CNC-bewerkte mal om gesmolten thermoplast te injecteren en het vervolgens te koelen. Wat dit proces uniek maakt, is dat aluminium mallen worden gebruikt in plaats van conventionele stalen mallen. Aluminium mallen verhogen niet alleen de productiesnelheid, maar verlagen ook de productiekosten en zijn daarom geschikt voor het produceren van onderdelen die geschikt zijn voor gebruik.

Verschillende soorten kunststof engineeringmaterialen kunnen worden gebruikt, wat een breed scala aan opties biedt, zelfs als de mal van één materiaal is gemaakt. Het belangrijkste doel van prototypegieten is om de benodigde tijd voor productie en de totale productiekosten te verkorten.

Wanneer kiest u voor prototype-spuitgieten?

Hieronder staan enkele factoren die helpen bij het bepalen wanneer prototype molding gebruikt moet worden. Ten eerste is het effectief tijdens de ontwerpfase en bij het testen van de materialen, omdat het een realistische benadering biedt voor kosten- en mogelijkhedenanalyse. Ten tweede biedt prototype molding een uitstekende mogelijkheid om de onderdelen te testen voordat ze in grootschalige productie gaan, bij het controleren van de functionaliteit van onderdelen die in grote aantallen geproduceerd moeten worden.

Ook kan prototype molding de R&D-efficiëntie verhogen en de time-to-market verkorten, wat de reden is dat het populair is onder bedrijven die ernaar streven om snel de markt te betreden. Een andere factor die in overweging moet worden genomen, is prototype molding, wat geschikt is wanneer de productie rond de 10.000 eenheden moet zijn en de kosten van het molding relatief hoog zijn.

Aan de andere kant omvat massaproductiegieten het gebruik van mallen die zijn gemaakt van stalen materialen voor langdurig gebruik bij de productie van grote aantallen onderdelen. Deze mallen kunnen ook complexere onderdeelgeometrieën accommoderen en zijn ontworpen om lange productieruns te doorstaan. De kosten voor het produceren van massaproductiemallen zijn relatief hoger dan die van prototypemallen vanwege het gebruik van hoogwaardig staal en tijdrovende processen; de kosten per stuk zijn echter relatief laag voor grote hoeveelheden. Massaproductiemallen duren echter langer om te maken en vereisen in het begin meer geld, maar ze zijn goedkoper per stuk en zijn ideaal voor grote productieruns.

Voordelen van kunststof spuitgieten

Snel spuitgieten van kunststof onderdelen door middel van prototyping heeft talrijke voordelen die erg belangrijk zijn bij productontwikkeling. Deze methode stelt ingenieurs en ontwerpers niet alleen in staat om de kwaliteit van de onderdelen te bevestigen, maar stelt hen ook in staat om echte onderdelen te gebruiken voor markttesten voordat de ontwerpen worden afgerond. Naast ontwerpverificatie en structurele validatie, helpt het rapid prototype injection molding bij het optimaliseren van de gereedschapsontwerpen voor de productieruns.

Het blijkt het meest nuttig voor producten met hoge esthetische normen en prestaties tijdens de vroege stadia van de levenscyclus van het product. Het is verstandig om MSI Mold te raadplegen voor een offerte voor rapid prototype injection molding voordat u investeert in dure productietooling. Hier zijn enkele andere belangrijke voordelen van het maken van prototypes van kunststof onderdelen vóór grootschalige productie:

1. Versnelde en betrouwbare productlancering: Prototyping en markttesten kunnen helpen een aantal problemen te overwinnen die de hoofdoorzaak zijn van veel productmislukkingen, waaronder onnauwkeurige kostenramingen en onvoldoende begrip van de markt. Deze aanpak maakt het proces van het op de markt brengen van een product minder problematisch en effectiever.
2. Verbeterde productfunctionaliteit en -uiterlijk:Het is gemakkelijker om de prestaties en het uiterlijk van de prototypemonsters in de echte wereld te evalueren dan op basis van technische tekeningen of zelfs visualisaties.
3. Gestroomlijnd ontwerpproces: Prototyping is nuttig om de totale tijd die wordt besteed aan engineering en ontwerpbeoordeling te verkorten, omdat het fysiek bewijs levert van de haalbaarheid van een product. Dit komt omdat wanneer iemand een prototype van een plastic spuitgietonderdeel in zijn of haar hand heeft, het gemakkelijker is om de belanghebbenden te overtuigen.
4. Kostenbesparing op gereedschap: Rapid prototype injection molding is nuttig om eventuele problemen te onthullen voordat ze in de productietooling worden opgenomen, waardoor de kans op het opnieuw moeten maken van de tooling wordt geminimaliseerd. Deze aanpak is proactief en resulteert op de lange termijn in veel besparingen in vergelijking met de reactieve aanpak.

Het gebruik van rapid prototype spuitgieten voor de productie van kunststofonderdelen garandeert dus niet alleen de kwaliteit van het product en de verkoopbaarheid ervan, maar draagt ook bij aan de verbetering van het productontwikkelingsproces in termen van tijd en kosten.

Overwegingen bij materiaalkeuze bij spuitgieten

Het selecteren van het juiste materiaal is erg belangrijk bij zowel prototype spuitgieten als productie spuitgieten. Ze mogen echter dezelfde kunststoffen gebruiken, mits ze aan een aantal factoren voldoen. Bijvoorbeeld, glasvezelversterkt nylon materiaal is goed voor productie, maar het verslijt de prototype spuitgietmatrijzen sneller omdat het schurend is. Echter, als het gaat om het maken van een prototype van een set van ongeveer 100 onderdelen, is slijtage niet zo kritisch als bij het maken van 10.000 onderdelen.

Er is een verschil tussen wat bekend staat als commodity plastics en engineering plastics in termen van het gebruikte materiaal. Commodity plastics zijn goedkoper dan engineering plastics, maar ze hebben mogelijk niet dezelfde mechanische eigenschappen. Bijvoorbeeld, PEEK-injectiegieten, een technisch kunststofmateriaal dat wordt gebruikt in medische hulpmiddelen, is relatief duur en kan tegen lage minimale bestelhoeveelheden verkrijgbaar zijn, vooral als het in grote hoeveelheden wordt gekocht.

Als je een prototype gaat maken dat werkt als een echte, dan kun je een goedkoper materiaal gebruiken zoals polyfenylsulfon (PPSU). Het is echter de moeite waard om te vermelden dat PPSU kan voldoende zijn, maar het kan de vormbaarheid van uw onderdeel niet uitdagen in die mate dat het beoogde productiemateriaal PEEK is. Een andere optie zou kunnen zijn om de methode van additieve productie toe te passen met behulp van 3D-printfilamenten van materialen zoals PPSU of PEEK. Deze methode kan nuttig zijn om de gereedschapskosten te verlagen en maakt het gebruik van het gewenste kunststofmateriaal mogelijk.

Daarom is de materiaalkeuze een van de belangrijkste factoren die het succes van het prototype- en productiespuitgietproces bepalen, evenals de kosten van de uiteindelijke onderdelen, terwijl aan de mechanische eisen en vormbaarheid wordt voldaan.

Vergelijking van de kenmerken van prototype- en productiespuitgietmatrijzen: staal versus aluminium

Het verschil tussen prototype- en productie-spuitgietmatrijzen houdt niet op bij de selectie van het metaal. Beide kunnen van aluminium of staal worden gemaakt, maar ze verschillen in een aantal belangrijke parameters. Een daarvan is de SPI (Society of Plastics Industry)-malklasse, met klasse 105 die is ontworpen voor prototypeproductie, die doorgaans niet meer dan 500 stuks bedraagt. Dit classificatiesysteem definieert de afwerkingsnormen voor mallen die van belang zijn voor de prestaties van de mal en de kwaliteit van het onderdeel.

Bij prototype spuitgieten ligt de nadruk op de kwaliteit van het onderdeel in plaats van de duurzaamheid van het gereedschap. Dit is vooral belangrijk tijdens FAI's om te controleren of de onderdelen de vereiste kenmerken hebben of niet. Terwijl productiespuitgietmatrijzen zich richten op cyclustijd en levensduur van gereedschap, richten prototypematrijzen zich op het verkrijgen van de beste onderdeelkwaliteit, zelfs als dit betekent dat er wat cyclustijdoptimalisatie verloren gaat.

Aan de andere kant richten het ontwerp en de constructie van productiespuitgietmatrijzen zich op aspecten als cyclustijd, onderdeelkwaliteit en levensduur van gereedschap (cycli). Deze matrijzen zijn ontworpen om te worden gebruikt in productie met hoge volumes met onderdelen van hoge kwaliteit en weinig of geen behoefte aan frequente vervanging.

De beslissing over welke spuitgietmatrijs u gaat gebruiken, prototype of productie, hangt af van verschillende factoren zoals de toepassing, de hoeveelheid benodigde onderdelen en de kwaliteit. Elk type matrijs heeft zijn sterke en zwakke punten en het is belangrijk om deze verschillen te begrijpen bij het kiezen van een matrijs voor spuitgieten.

Neem contact op met Sincere Tech voor uw prototypeproject

Als u op zoek bent naar professionele diensten in prototype spuitgieten, kunt u terecht bij Sinceretech. Ze hebben wereldwijd betrouwbare productiepartners die zich richten op spuitgieten en diensten leveren van concept tot productie. Sinceretech biedt veel diensten, zoals 3D-printen en spuitgieten, zodat u het juiste proces kunt selecteren, afhankelijk van de ontwikkelingsfase. Deze geïntegreerde aanpak leidt tot efficiëntie in het productieproces, omdat het kan worden gebruikt om complexe onderdelen, bijvoorbeeld prototypes, met veel snelheid te maken.