Design-Tipp

9 Tipps zum Senken der Spritzguss-Kosten

Nutzen Sie Ihr Budget effizienter, indem Sie diese Empfehlungen zum Spritzgussdesign beachten.

Bei Fertigungsteilen will jeder Geld sparen. Es klingt einfach, doch beim Spritzguss lassen sich die Stückkosten am einfachsten durch eine Erhöhung der Teilemenge senken. Der Grund hierfür ist, dass die vorab anfallenden Kosten für das Design und die Bearbeitung der Form sich bei mehr Teilen besser amortisieren. So können bei Proto Labs 25.000 Teile oder mehr mit ein- und demselben Werkzeug spritzgegossen werden!

Möglicherweise benötigen Sie für Ihr Projekt jedoch nur eine Handvoll Teile. Kein Problem. Proto Labs baut kostengünstige Formen für Produktionsmengen bereits ab 25 Teilen, oft innerhalb von wenigen Tagen nach der Bestellung.

Hinterschneidungen
Hinterschneidungen wie die hier gezeigten können den Teileauswurf erschweren und in manchen Fällen sogar unmöglich machen und sollten daher möglichst vermieden werden.

Neben den Stückkosten sollten Sie auch den Werkstoff nicht vernachlässigen. Bei vielen Kunststoffen gibt es Überschneidungen in Bezug auf Festigkeit und Funktionalität, doch einige sind von Natur aus einfacher spritzgießbar, wodurch die Teilekosten niedriger ausfallen. Im interaktiven Angebot, das Sie erhalten, wenn Sie Ihren Entwurf bei Proto Labs hochladen, können Sie mit verschiedenen Werkstoffen herumexperimentieren.

Mit diesen neun Designüberlegungen zum Spritzgießen können Sie Ihr Fertigungsbudget effizienter nutzen:

1. Beseitigen Sie Hinterschneidungen
2. Vermeiden Sie unnötige Merkmale
3. Verwenden Sie die Kern-Hohlraum-Methode
4. Reduzieren Sie kosmetische Oberflächen bzw. ein kosmetisches Erscheinungsbild
5. Entwerfen Sie identische Passteile
6. Verändern Sie Formen und verwenden Sie sie erneut
7. Beachten Sie die Machbarkeitsanalyse (DFM)
8. Verwenden Sie Mehrfach- oder Familienwerkzeuge
9. Prüfen Sie die Teilegröße

Hinterschneidungen

Hinterschneidungen erschweren und verhindern in manchen Fällen den Teileauswurf. Daher sollten Sie immer vermieden werden - was manchmal jedoch nicht möglich ist. Zum Beispiel, wenn Sie einen Seitenschieber, eine Formschlussfläche oder einen Formeinsatz benötigen. Eine Alternative kann sein, Formschlussflächen oder durchgehende Kerne zu verwenden oder Trennebene und Formschrägen zu ändern, um einen einfacheren Formenbau zu ermöglichen. Dadurch lassen sich die Werkzeugkosten reduzieren, da weitere Teile für die Form vermieden werden, die mit zusätzlichen Herstellungskosten verbunden sind. Neben dem Anstieg der Herstellungskosten durch die Verwendung manueller Einsätze kann sich dies aufgrund der längeren Zykluszeiten und der manuellen Handhabung der Form auch auf den Stückpreis Ihres Teils auswirken.

Kern-Hohlraum-Methode
Die Kern-Hohlraum-Methode kann eine kostengünstige Möglichkeit im Spritzguss sein, um hohe Wände und gerippte Oberflächen herzustellen.
Unnötige Merkmale

Strukturierte Oberflächen, Spritzgussteile-Nummern und Firmenlogos sehen cool aus, doch seien Sie darauf gefasst, dass Sie dafür und für andere nicht missionskritische Merkmale etwas tiefer in die Tasche greifen müssen. Dennoch sind permanente Teilenummern bei vielen Luft- und Raumfahrt- und Militäranwendungen erforderlich. Verwenden Sie eine „fräs-freundliche“ Schriftart, wie Century Gothic Fett, Arial oder Verdana (serifenlose Schriftarten), wählen Sie einen Schriftgrad von über 20 pt. und eine Tiefe von maximal 0,25 mm bis 0,38 mm. Wenn der Teileauswurf Probleme bereitet, müssen Sie außerdem die Formschräge erhöhen.

Formkern/Hohlraum

Wenn Sie ein Elektronikgehäuse oder ein ähnliches kastenförmiges Teil benötigen, können Sie entweder die Hohlräume für die Wände tief in die Formbasis versenken (hierfür werden lange dünne Werkzeuge zum Bearbeiten der Rippen in der Form benötigt) oder den Aluminiumwerkstoff rund um den Kern bearbeiten und das Teil darum herum spritzgießen. Der zuletzt genannte Ansatz wird Kern-Hohlraum-Methode genannt und ist eine weitaus kostengünstigere Möglichkeit, um hohe Wände und gerippte Oberflächen mittels Spritzguss herzustellen. Besser noch, damit lassen sich einfacher glatte Oberflächen, eine angemessene Entlüftung und ein verbesserter Auswurf erzielen und sehr steile Formschrägen vermeiden.

Kosmetisches Erscheinungsbild

Hübsch anzusehende Teile sind eine feine Sache, doch um ein hochwertiges kosmetisches Erscheinungsbild zu erreichen, ist es oft nötig, auf Perlstrahlen, EDM oder eine hochwertige Politur zurückzugreifen. Dies treibt die Werkzeugkosten in die Höhe. Eine Oberflächenveredelung von PM-F0 (bearbeiteter Rohzustand) und höher erfordert einen gewissen Grad an Handarbeit, und für eine SPI-A2 Hochglanzpolitur wird eine Diamantpoliturscheibe, Grad 2, benötigt. Vermeiden Sie Oberflächenveredelungen wie diese, wenn sie nicht unbedingt benötigt werden.

Identische Passteile

Entwerfen Sie vielleicht gerade einen Behälter mit Schnappverschluss für medizinische Komponenten oder zwei formschlüssig gegeneinander verriegelte Hälften eines Kofferradios? Warum zwei Passteile konstruieren, wenn eines ausreicht?  Sie können die Schnappverbindungen so entwerfen, dass die Hälften aus beiden Richtungen zusammengefügt werden können und auf diese Weise ein „Universalteil“ bauen. Dadurch dass nur eine Form benötigt wird, sparen Sie vorab anfallende Produktionsausgaben ein. Außerdem können Sie so die doppelte Menge eines Teils spritzgießen, statt die halbe Menge von zwei unterschiedlichen Teilen.

Änderungen der Form

Es ist relativ einfach, Metall von einer bestehenden Metallform zu entfernen. Das Hinzufügen von Metall hingegen kann beim Schnellspritzguss schwierig oder praktisch gesehen unmöglich sein. Aus der Perspektive des Teils können Sie Kunststoff hinzufügen, jedoch nicht wegnehmen. Wenn Sie dies bei Ihrem Design berücksichtigen, verfolgen Sie einen „stahlsicheren“ Ansatz.

Manche Spritzgussteile durchlaufen mehrere Iterationen, bis ein endgültiger, umsetzbarer Entwurf entsteht. Anstatt für jede Überarbeitung eine neue Form zu kaufen, können Sie mit ein wenig intelligenter Planung dieselbe Form mehrmals verwenden. Beginnen Sie mit dem kleinsten, einfachsten Teiledesign, produzieren Sie so viele Stücke wie nötig, bearbeiten Sie anschließend die Form erneut und fügen Sie weitere Teilemerkmale hinzu, oder fertigen Sie eine größere, höhere Version des gleichen Teils an, und gehen Sie erneut zum Spritzguss über. Es handelt sich hierbei nicht um eine exakte Wissenschaft, doch je nach Teil lassen sich damit Kosten für die Werkzeugentwicklung einsparen.

DFM-Formbarkeitsanalyse

Jedes Angebot von Proto Labs für ein Spritzgussteil enthält eine kostenlose Machbarkeitsanalyse (DFM). Darin werden potenzielle Problembereiche oder Möglichkeiten zur Verbesserung des Designs aufgeführt. Unzureichende Formschrägen, „nicht bearbeitbare“ Merkmale, unmöglich herzustellende Geometrien – dies sind nur ein paar Beispiele, in denen Teiledesigns vor Anklicken der Schaltfläche „Akzeptieren“ verbessert werden können und sollten. Schauen Sie sich diese Vorschläge genau an und wenden Sie sich bei Fragen zum Design an einen Anwendungstechniker von Proto Labs.

Mehrfach- und Familienwerkzeug

Benötigen Sie vielleicht eine größere Menge von Teilen? Mithilfe eines Aluminiumwerkzeugs mit Zwei-, Vier- oder Achtfachformen (je nach Größe und Geometrie des Teils) können Sie große Mengen herstellen und dabei den Stückpreis Ihres Teils reduzieren, auch wenn die Werkzeugkosten etwas höher ausfallen.

Haben Sie eine Familie von Teilen, die alle zusammenpassen? Warum führen Sie nicht mehrere Spritzgussprojekte gleichzeitig durch? Es spricht nichts dafür, eine Form für jedes einzelne Teil zu bauen, vorausgesetzt A) alle Teile werden aus demselben Kunststoff hergestellt, B) die Teile haben in etwa die gleiche Größe (z. B. ähnliche Bearbeitungszeiten) und C) alle Teile können in denselben Hohlraum gepresst werden, ohne dass die Funktion der Form dadurch beeinträchtigt wird.

Vielleicht können Sie ja auch einige dieser Teile mit einem aktiven Scharniergelenk zusammenfügen. Diese Methode eignet sich zum Beispiel hervorragend, um die beiden Hälften eines Klappbehälters herzustellen. Zum Öffnen und Schließen dieser Teile bräuchte man ansonsten eine Baugruppe mit Scharnierstift. Die einzige Einschränkung hierbei ist, dass ein flexibler und robuster Werkstoff, wie z. B. Polypropylen (PP) verwendet werden muss.

Größe des Teils

In diesem Sinne sollten immer die Teilemaße beachtet werden. Beim Spritzgießen heißt das: Wie groß ist das Teil und passt es so in die Form, dass Angüsse, Angusskanäle, Auswerferstifte und alle anderen zum Funktionieren der Form benötigten Elemente bequem untergebracht werden können? Die von Proto Labs vorgegebene maximale Teilegröße für Spritzgussteile liegt derzeit bei 480 mm x 751 mm, wobei die Tiefe ab der Trennebene maximal 101 mm betragen darf. Größere Teile benötigen jedoch wiederum eine größere Form. Dies kann sich auf Ihre Form und die Teilekosten auswirken.

Wie immer stehen wir Ihnen bei Rückfragen unter der Rufnummer +49 (0) 6261 6436 947 oder per E-Mail an customerservice@protolabs.de zur Verfügung.

blue self-mating injection molding part

Dies ist ein Beispiel für ein Teil, das sich in beiden Richtungen mit einem identischen Passteil zusammenfügen lässt. So entsteht ein „Universalteil“.

 

eight-cavity mold part and mold illustration
Dieses Achtfachwerkzeug wird verwendet, um mehr Teile mit einer Form herstellen zu können (das fertige Teil ist über der Form abgebildet). 

 

Hier ein Beispiel für ein Familienwerkzeug, das zur Herstellung des abgebildeten Teils verwendet wurde. Es handelt sich dabei um das SubQ It, ein medizinisches Werkzeug, das zum Schließen chirurgischer Schnitte mit resorbierbaren Klammern eingesetzt wird. 

 

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