Mai 2014



Bodybuilder: Teile mit Stützmerkmalen und der richtigen Materialauswahl stärken

Produktdesigner verstärken Spritzgussteile auf unterschiedliche Weise und aus unterschiedlichen Gründen. Eine Analyse der späteren Anwendung des Teils ist ein guter erster Schritt, um zu ermitteln, ob das Teil mit zusätzlicher Festigkeit ausgestattet werden muss. Wie werden die Kunden Ihr Produkt verwenden und in welcher Umgebung soll es eingesetzt werden? Möglicherweise werden Teile benötigt, die wiederholten Stößen standhalten, Verschleiß widerstehen oder schwere Lasten tragen müssen. Manchmal reicht es aus, Rippen oder Versteifungen in das Design zu integrieren. In anderen Fällen wiederum ist eine kompliziertere Kombination aus passenden Designelementen, z.B. wie Stützmerkmalen, Werkstoffen und der richtigen Wandstärke, notwendig. Eine ausgewogene Berücksichtigung dieser Faktoren beim Design wird Ihnen helfen, dem Festigkeits- und Stabilitätsbedarf Ihres Teils gerecht zu werden.


Rippen sind dünne, wandähnliche Merkmale, die typischerweise in die Geometrie eines Teils integriert werden, um Wände oder andere Merkmale, wie Dome, von innen zu stützen. Ein ähnliches Stützmerkmal ist die Versteifung, mit der Bereiche, wie Wände oder Dome am Boden verstärkt werden. Beim Spritzgießen gilt das gleiche Prinzip wie bei Brückenbalken und -pfeilern, die an ihrem Scheitelpunkt mit Versteifungen verstärkt werden, um der Konstruktion zusätzliche Stabilität zu verleihen.


Sowohl Rippen als auch Versteifungen verleihen Teilen Stabilität, ohne dass dabei die Wandstärke erhöht werden muss; außerdem sind sie äußerst hilfreich bei Teilen mit bereits dünnen Wänden, die durch Abnutzung und Verschleiß beim Endnutzer beeinträchtigt werden könnten. Es ist wichtig zu beachten, dass Rippen und Versteifungen nicht mehr als 60 Prozent der nominalen Wandstärke ausmachen sollten. Diese Merkmale werden dünner gehalten als die Hauptwände, um an den Stellen, wo sich Rippen und Versteifungen kreuzen übermäßig dicke Bereiche zu vermeiden. Wenn an den Schnittpunkten von internen Rippen und Wänden zu viel Material zusammenkommt, können auf der sichtbaren Seite des Teils Einfallstellen auftreten.

Unser Protomold Designwürfel veranschaulicht dicke und dünne Rippen, den richtigen Einsatz von Versteifungen, gut konzipierte Dome und andere Überlegungen, die Sie bei der Verstärkung von Teilen berücksichtigen sollten.*

Unser Protomold Designwürfel veranschaulicht dicke und dünne Rippen, den richtigen Einsatz von Versteifungen, gut konzipierte Dome und andere Überlegungen, die Sie bei der Verstärkung von Teilen berücksichtigen sollten.*


Produktdesigner können mit verschiedenen gerippten Formationen spielen, um quadratische, rechteckige, rautenförmige, dreieckige oder wabenartige Muster zu entwerfen, die das Teil verstärken. Bei einem Rippenmuster wird unnötiges Material entkernt, wobei nur das Rippen-Stützsystem zurückbleibt — das Teil wird dadurch leichter und kostengünstiger. Achten Sie jedoch darauf, dass Sie keine Oberflächen und Merkmale entfernen, die an andere Teile in der Baugruppe des Produkts anschließen.


Da Teile durch scharfe Ecken geschwächt werden können, können auch Ausrundungen — gekrümmte Flächen, bei denen Rippen auf Wände treffen — in die Teilegeometrie integriert werden, um zusätzliche mechanische Spannungskonzentrationen am fertigen Teil zu beseitigen. Ähnlich wie bei einer Versteifung kann eine zu kleine Ausrundung ihre Aufgabe der Reduzierung von Spannungen nicht erfüllen, während eine zu große Ausrundung wiederum Einfallstellen hervorrufen kann. Es ist wichtig, die richtige Größe und Position von Ausrundungen (sowie Rippen und Versteifungen) zu ermitteln. Wenn eine Ausrundung auf der Innenseite einer Ecke hinzugefügt wird, sollte die Außenseite der Ecke wenn möglich abgerundet werden. Wenn das Risiko von Einfallstellen in manchen Abschnitten zu groß ist, sollten andere festigkeitsbildende Maßnahmen in Betracht gezogen werden.


Die Materialauswahl spielt bei der Steifigkeit, Haltbarkeit, Zähigkeit und anderen Eigenschaften von Teilen ebenfalls eine wichtige Rolle. Es ist daher von entscheidender Bedeutung, für ein ausgewogenes Verhältnis zwischen den Materialeigenschaften und der Funktionalität des Teils zu sorgen. So können sich Produktdesigner beispielsweise für einen thermoplastischen Kunststoff entscheiden, mit dem sich steife Teile herstellen lassen; wenn die Anwendung des Teils jedoch eine hohe Schlagzähigkeit erfordert, kann die Brüchigkeit eines unflexiblen Teils dazu führen, dass das Teil zerbricht. Die Materialeigenschaften sind je nach Kunststoff unterschiedlich. Hier eine kurze Übersicht über einige unserer am häufigsten eingesetzten Kunststoffe:


  • ABS ist ein guter, stabiler Kunststoff für den Einsatz in Verbrauchsgütern, der sich aufgrund seiner Robustheit und Schlagzähigkeit für Anwendungen e ignet, die täglich zum Einsatz kommen. Er wird häufig in Gehäusen von Fernbedienungen, batteriebetriebenen Werkzeugen und Verkleidungen von Monitoren, Druckern und Kopierern eingesetzt. Bei ABS kann die Chemikalienbeständigkeit Probleme bereiten.

  • Polycarbonat ist schlagzäher als ABS und gut für Linsen und Teile mit einer glänzenderen Oberfläche geeignet. Der Werkstoff ist aufgrund seiner eingeschränkten chemischen Verträglichkeit anfällig gegenüber Spannungsrissen und Eintrübungen.

  • Ungefülltes Nylon ist biegsam und schlagzäh und besitzt einen guten Widerstand gegen Verschleiß. Die Glasfaserfüllung erhöht die Steifigkeit und Druckfestigkeit des Nylons, macht den Werkstoff jedoch auch brüchiger bei Stößen. Die Glasfaserfüllung trägt zu einer höheren Wärmeformbeständigkeit bei.

  • Acetal ist ein ausgezeichnetes selbstschmierendes Trägermaterial mit sehr guten Verschleißeigenschaften und einer guten Steifigkeit. Er eignet sich nicht für kosmetische Teile oder Teile, die einen Tampondruck, eine Lackierung oder eine Etikettierung benötigen.

  • TPE eignen sich hervorragend für Staubdichtungen und zum Polstern von Ecken zur Erhöhung der Schlagzähigkeit und wird in Umspritzanwendungen für griffige Merkmale verwendet. In dynamischen Anwendungen sind sie nicht immer die ideale Wahl; für statische Anwendungen eignen sie sich am besten. Bei TPE kann die Chemikalienbeständigkeit Probleme bereiten.

Die Festigkeit von Teilen kann außerdem durch verstärkende Materialien mit Additiven erhöht werden. Lange und kurze Glasfasern machen Kunststoffe stabiler und steifer (jedoch auch brüchiger) und Kohlefasern können Kunststoffe sogar noch steifer machen. Mineralien wie Talkum und Ton werden oft als Füllstoffe eingesetzt, um die Härte der fertigen Teile zu erhöhen. Glasperlen und Glimmerplättchen werden zum Versteifen eines Teils und zur Verringerung von Verformungen und Schwindungen verwendet.


Wenn Sie die Festigkeit eines Teils erhöhen möchten, reicht es manchmal aus, die Gesamtwandstärke zu erhöhen. Proto Labs stellt eine Liste mit empfohlenen Wandstärken auf der Grundlage des Kunststofftyps bereit, die bei der Entwicklung von Teilen mit der richtigen Wandstärke hilft. Je größer das Teil wird, umso sorgfältiger muss auf Rippen, Versteifungen, Werkstoffe und andere Faktoren geachtet werden, die die Festigkeit verbessern. Wie immer sind unsere Mitarbeiter des technischen Kundendienstes gerne bereit, mit Ihnen die Geometrie und das Design Ihres Teils zu besprechen; beachten Sie auch die interaktive Formbarkeitsanalyse, die Proto Labs mit jedem Angebot bereitstellt.


* Wenn Sie einen kostenlosen Designwürfel haben möchten, fordern Sie ihn hier an.