Design Tip

5 Wege, wie Sie komplexe Merkmale bei Spritzgussteilen in den Griff bekommen

Diese Tipps helfen Ihnen, anspruchsvollere und effizientere Teile zu konzipieren und die Produktionskosten zu senken

 

Spritzgussteile aus Kunststoff zu entwerfen ist ein bisschen wie Teenager großzuziehen – manche Teile (bzw. manche Teenies) stellen eine größere Herausforderung dar als andere. Doch mit ein paar einfachen Regeln lassen sich selbst die schwierigsten Fälle bewältigen.
Beim Teiledesign für das Spritzgießen gibt es ein paar übliche Sorgenkinder:

  • Clips und Schnappverschlüsse
  • Aktive Scharniergelenke
  • Verstärkungen und Abstandsbolzen
  • Beschriftungen auf Teilen
  • 2K-Spritzguss

 

Kommt Ihnen das bekannt vor? Diese Liste enthält einige der anspruchsvolleren Merkmale, die in einen Teileentwurf integriert werden können. Dies ist ein Grund, warum es so wichtig ist, sie zu beherrschen. Ein weiterer Grund ist, dass – je nach Anwendungsbereich – diese Merkmale häufig zu funktionsfähigeren und ästhetischeren Teilen führen und dabei die Produktionskosten senken. Die folgenden Tipps und Techniken werden Ihnen dabei helfen.

 

Clips und Schnappverschlüsse

Es gibt zahlreiche Beispiele, bei denen Spritzgussteile einen Clip oder Schnappverschluss benötigen. Denken Sie nur an den Gehäusedeckel eines elektronischen Geräts. Oder an einen Schnappverschluss für einen Werkzeugsatz. Beide beruhen auf einem flexiblen, hakenähnlichen Materialstück, das in eine Tasche oder einen Schlitz im Gegenstück hineinragt und eingreift. In beiden Fällen lassen sich diese Merkmale wahrscheinlich am besten mit einem Formschluss herstellen, der verhindert, dass Material in den gewünschten Bereich fließt. Im Teileentwurf muss außerdem ein Loch unterhalb der Schnappverbindung vorgesehen werden. Dieser Bereich der Form ragt durch das Teil hindurch, wodurch ein Formschluss mit den ineinandergreifenden Merkmalen entsteht, der die Schnappverbindungen herstellt.

Für diesen Ansatz muss jedoch das Teilemerkmal zur Formöffnung hin ausgerichtet werden und ein Aussparungsloch an der Basis des Clips ausführbar sein. Außerdem kann eine zusätzliche Formschräge nötig sein. Ist all dies nicht machbar, kann möglicherweise ein Seitenschieber weiterhelfen. Dieser muss jedoch an der Trennebene der Form ausgerichtet sein und senkrecht zur Zugrichtung verlaufen. Darüber hinaus muss der Seitenschieber zugänglich und in ständigem Kontakt mit dem Teil sein.

Schließlich können manuelle Einsätze verwendet werden. Dabei handelt es sich um kleine Stücke aus bearbeitetem Metall, die in jedem Zyklus manuell in die Form eingesetzt und wieder herausgenommen werden müssen. Denken Sie auch über den Werkstoff nach. Mit einem flexiblen Polymer, wie ABS, lassen sich bessere Clips herstellen als mit Acryl oder PEEK. Dennoch können Sie mit ein paar Tricks beim Design, wie der Anpassung der Länge oder Geometrie des Clips, zahlreiche werkstoffbedingte Einschränkungen umgehen. Sprechen Sie mit den Anwendungstechnikern von Proto Labs, um weitere Ideen zur Optimierung Ihres Teileentwurfs zu erhalten (die Telefonnummer und E-Mail-Adresse des Kundendienstes finden Sie weiter unten).

Hinweis: Diese gesamte Diskussion zu Clips gelten gleichermaßen für Hinterschneidungen und Vertiefungen. Dazu zählen O-Ringe, seitliche Bohrungen und Taschen, Fenster und so weiter. Je nach Ausrichtung des Teilemerkmals in Bezug auf die Zuglinie und Trennebene der Form kann der Einsatz verschiedener erweiterter Spritzgusstechniken, wie Seitenschieber, Formschlussflächen, Einsätze und Stifte, notwendig sein. Dies alles sind absolut akzeptable und hinlänglich bekannte Lösungen, obwohl sich einige davon aufgrund der zusätzlichen Komplexität auf die Form- und Teilekosten auswirken können.

Aktive Scharniergelenke, d. h. die dünnen Bereiche eines Kunststoffteils, an denen das Teil umgeklappt werden kann, sind eine effiziente Methode, um zwei Hälften eines Spritzgussbehälters zusammenzuhalten. Richtig konzipiert lassen sie sich tausende Male öffnen und schließen, ohne an Stabilität oder Flexibilität einzubüßen.
Aktive Scharniergelenke, d. h. die dünnen Bereiche eines Kunststoffteils, an denen das Teil umgeklappt werden kann, sind eine effiziente Methode, um zwei Hälften eines Spritzgussbehälters zusammenzuhalten. Richtig konzipiert lassen sie sich tausende Male öffnen und schließen, ohne an Stabilität oder Flexibilität einzubüßen.

Aktive Scharniergelenke

Wenn wir schon beim Thema Deckel und flexible Werkstoffe sind: Mit aktiven Scharniergelenken lassen sich hervorragend zwei Hälften eines Spritzgussbehälters zusammenhalten. Denken Sie z. B. an eine Pillen- oder Pfefferminzdose. Es ist sehr wahrscheinlich, dass diese auf der einen Seite irgendeine Art von Clip und auf der anderen Seite ein aktives Scharniergelenk besitzt. Die wichtigste Überlegung betrifft hierbei den Werkstoff. Polycarbonat eignet sich in der Regel zwar gut für Clips, würde jedoch auf keinen Fall die tausend- oder millionenfachen erwarteten Zyklen eines aktiven Scharniergelenks überleben. Fassen Sie stattdessen Polypropylen ins Auge.

Sollbruchstellen sind ähnlich wie aktive Scharniergelenke. Wenn Sie schon einmal die Plastikkappe an einer nachgefüllten Propanflasche oder einer Eisschachtel abgezogen haben, wissen Sie, wie sie funktionieren. Ein paar Designanpassungen sind jedoch notwendig, egal, ob es sich um eine Sollbruchstelle oder ein Gelenk handelt. Der Bereich sollte dünn genug sein, um sich biegen zu können, aber dick genug, um wiederholtem Biegen standzuhalten. Je nach dem erwarteten Bewegungsbereich ist am Mittelpunkt des Gelenks eventuell ein Radius oder eine Nut erforderlich, damit das Gelenk umgeklappt werden kann. Und da Sie versuchen, zwei zusammenpassende Hälften gleichzeitig spritzzugießen und der Materialfluss wahrscheinlich erst dick, dann dünn und dann wieder dick sein wird, kann es zu Gussgraten und Einspritzproblemen kommen. Achten Sie darauf, genau auf die DFM-Analyse zu achten, die Sie mit Ihrem Angebot erhalten.

 


Verstärkungen und Abstandsbolzen

Verstärkungen sind nicht immer beliebt. Doch wenn Sie irgendwo einen Gewindeeinsatz unterbringen müssen, ist eine Verstärkung unumgänglich. Dennoch sind Verstärkungen, wie hohe Rippen und dicke Abstandsbolzen, potenzielle Problemstellen. Eine zusätzliche Formschräge von bis zu 3 Grad oder mehr kann erforderlich sein, um Probleme beim Auswerfen zu vermeiden. Ist eines dieser Teilemerkmale zu dick, so kommt es zu Einsinkungen. Je größer das Merkmal, desto tiefer muss die Form sein, d. h. beim Fräsen sind längere Schaftfräser und langsamere Vorschubgeschwindigkeiten notwendig. Außerdem ergeben sich daraus Probleme bei der Entlüftung, die zu Kurzschlüssen, Verbrennungen oder schlicht unvollständigen Teilen führen können.

Diese lassen sich beispielsweise vermeiden, indem die Verstärkung durch vertikale Rippen oder Versteifungen unterstützt wird, wodurch auf dünnere Wände zurückgegriffen werden kann. Denken Sie daran, dass Proto Labs in tiefen (hohen) Rippen, Abstandsbolzen und Verstärkungen unter Umständen Entlüftungsöffnungen vorsehen muss. Wenn solche Merkmale abgewinkelt werden müssen, kann dies viel Kopfzerbrechen bereiten, da ihre Achsen sowohl von der Zugrichtung der Form als auch der Trennebene abweichen. Dann ist mit hoher Wahrscheinlichkeit ein manueller Einsatz notwendig.

Beschriftungen auf Teilen wie diesem Trinkbecherdeckel kommen zwar häufig vor, doch dieses kleine Detail kann bei falscher Herangehensweise große Probleme verursachen.
Beschriftungen auf Teilen wie diesem Trinkbecherdeckel kommen zwar häufig vor, doch dieses kleine Detail kann bei falscher Herangehensweise große Probleme verursachen.

Beschriftungen auf Teilen

Es kommt regelmäßig vor, dass ein Produktname oder ein Firmenlogo auf einem Teil erscheinen soll. Aber Vorsicht: Dieses kleine Detail kann bei falscher Herangehensweise große Probleme hervorrufen. Anfänger können ruhig kleine Beschriften verwenden. Sie sollten jedoch eine serifenlose Schriftart (z. B. Arial oder Century Gothic) wählen. Außerdem muss der Durchmesser der kleinsten Strichlänge – der Querbalken bei einem T oder A, oder die „Beine“ bei einem K – mindestens 0,5 mm betragen.

Eine erhabene Beschriftung ist nicht nur einfacher herzustellen, sondern auch lesbarer als eine vertiefte. Außer bei einer sehr großen Beschriftung – wie bei einem Buch in Großdruck – sollte der Text nicht mehr als 0,38 mm hoch sein (d. h. tief, was die Form betrifft). Eine Beschriftung auf dem Boden einer Tasche kann mit dem Schaftfräser schwer zu erreichen sein. Lässt sie sich vielleicht irgendwo näher zur Trennebene oder mit größerem Abstand zu hohen stehenden Merkmalen in der Form unterbringen? Wenn Sie nicht gerade einen „schwammigen“ Werkstoff, wie Flüssigsilikon (LSR) oder thermoplastisches Elastomer (TPE) spritzgießen, sollte die Beschriftung immer in die Zugrichtung der Form zeigen, da es sonst beim Auswerfen des Teils zu Problemen kommen kann und wir auf manuelle Einsätze oder Seitenschieber zurückgreifen müssten.

Triax Technologies nahm kürzlich die Hilfe von Proto Labs im Bereich 2K-Spritzguss in Anspruch, um „Spot-R“, ein IoT-kompatibles tragbares Gerät für die anspruchsvolle IT-Umgebung von Baustellen, herzustellen. Der 2K-Spritzguss ermöglichte die Konstruktion und Herstellung eines steifen Kunststoffgehäuses mit einer Dichtung, die für einen wasserdichten Verschluss sorgt.
Triax Technologies nahm kürzlich die Hilfe von Proto Labs im Bereich 2K-Spritzguss in Anspruch, um „Spot-R“, ein IoT-kompatibles tragbares Gerät für die anspruchsvolle IT-Umgebung von Baustellen, herzustellen. Der 2K-Spritzguss ermöglichte die Konstruktion und Herstellung eines steifen Kunststoffgehäuses mit einer Dichtung, die für einen wasserdichten Verschluss sorgt.

2k-Spritzguss

Der 2K-Spritzguss im Expressverfahren eignet sich hervorragend, um Schraubendrehergriffen einen ergonomischen Halt, chirurgischen Instrumenten einen rutschfesten, hygienischen Griff und Gerätegehäusen eine stoßfeste Schale zu verleihen. Diese Umhüllungen müssen nicht mehr mit dem Spritzgussteil verklebt oder verschraubt werden, da beim zweistufigen 2K-Spritzguss eine weitaus bessere Haftung als mit herkömmlichen Verbindungsmethoden erzielt wird. Dabei wird ein zuvor spritzgegossenes Teil in eine zweite Form gebracht und anschließend mit einen Overmolding-Werkstoff überspritzt. Es sind jedoch ein paar Dinge zu beachten. Die beiden Werkstoffe sollten miteinander kompatibel sein. Thermoplastisches Polyurethan (TPU) auf ABS oder Polycarbonat passen gut zusammen, ebenso TPE und bestimmte Polypropylene. Auch LSR ist ein geeigneter Overmolding-Werkstoff, doch seine Einspritztemperatur ist so hoch, dass man damit einen Auflauf backen könnte (etwa 177 °C). Der Vorspritzling muss also der Hitze standhalten können. Glasfaserverstärktes Nylon ist eine gute Option. Die Art der Verbindung sollte ebenfalls berücksichtigt werden. Jedes der aufgeführten Beispiele bietet eine sichere chemische Verbindung, doch manche Werkstoffe sind nicht besonders kompatibel und müssen mechanisch verbunden werden. Möglicherweise gehen Sie bei Spritzgussteilen mit Hinterschneidungen noch vorsichtig um, doch sie sind eine wirksame Möglichkeit, um bei 2K-Spritzgussteilen eine verlässliche mechanische Verriegelung sicherzustellen. Unabhängig von den zur Auswahl stehenden Werkstoffen empfehlen die meisten Polymerhersteller eine Redundanz aus chemischer und mechanischer Verbindung. Sprechen Sie ruhig auch mit dem Lieferanten des Overmolding-Materials, bevor Sie mit einem größeren Projekt beginnen. Auch die Anwendungstechniker von Proto Labs können Ihnen hierbei weiterhelfen.

Wie immer stehen wir Ihnen bei weiterführenden Fragen unter der Rufnummer +49 (0) 89 905002 22 oder per E-Mail an customerservice@protolabs.de zur Verfügung. Damit Sie noch heute mit Ihrem nächsten Designprojekt starten können, laden Sie einfach ein 3D-CAD-Modell auf protolabs.de hoch, um innerhalb weniger Stunden ein interaktives Angebot zu erhalten.