Leitfaden für die Umwandlung von Metall in Kunststoff

Es gibt viele Gründe, warum manche Hersteller die Umstellung von Metall auf Kunststoff noch nicht in Erwägung gezogen haben - von vermeintlichen Designproblemen über die Furcht vor minderer Festigkeit bis hin zum Widerstand gegen Veränderungen. Wenn Produkthersteller nicht in Erwägung ziehen, Metall durch Kunststoff zu ersetzen, ist es wahrscheinlich, dass sie sich der komplexen Qualitäten, die Kunststoff bietet, nicht bewusst sind. Andere schätzen einfach die Vorhersehbarkeit der Verwendung desselben Materials, das in die ursprüngliche Konstruktion des Teils eingeflossen ist, anstatt Kunststoffmaterialien in Betracht zu ziehen, die die Leistungseigenschaften des aktuellen Materials erreichen oder übertreffen. Glücklicherweise können fast alle Hindernisse mit dem Fachwissen des richtigen Partners überwunden werden, und die überwältigenden Vorteile der Kunststoffumwandlung können von fast jedem OEM oder Hersteller von Produkten, die Metallteile enthalten, genutzt werden.

In diesem Beitrag gehen wir auf die am häufigsten gestellten Fragen ein und erläutern die wichtigsten Informationen, die für eine erfolgreiche Umstellung von Metall auf Kunststoff erforderlich sind:

• Was sind die Vorteile der Umwandlung von Metall in Kunststoff?
• Welche Eigenschaften können durch Kunststoff erreicht werden?
• Was sind die Schritte der Umwandlung von Metall in Kunststoff?
• Welche Fragen sollten vor der Umstellung auf Kunststoffteile bedacht werden?
• Welche Rolle spielt das Design for Manufacturing (DFM) bei der Umwandlung von Metall in Kunststoff?
• Welche Kunststoffmaterialien sind für die Umwandlung von Metall in Kunststoffteile geeignet?
• Welche Branchen profitieren am meisten von der Umstellung von Metall auf Kunststoff?
• Welche Kosten sind mit der Umstellung von Teilen auf Kunststoff verbunden?
• Überprüfung einer Fallstudie über die Umwandlung von Metall in Kunststoff
• Warum ist Rosti der richtige Partner für ein Umstellungsprojekt von Metall auf Kunststoff?

Von Kosteneinsparungen über die Aktualisierung des Produktdesigns bis hin zur Verbesserung Ihres Fertigungsprozesses gibt es viele Gründe für die Umstellung von Metallkomponenten auf Kunststoff. Lesen Sie weiter, um mehr zu erfahren - von den Eigenschaften von Kunststoffteilen bis hin zu einer Fallstudie mit Details aus der Praxis.

Wenn die Metallteile, die Sie derzeit verwenden, Ihren Anforderungen genügen, scheint eine Umrüstung vielleicht nicht dringend erforderlich zu sein. Es gibt jedoch erhebliche Vorteile, wenn Sie die Möglichkeiten einer Umstellung von Metall auf Kunststoff prüfen. Im Folgenden finden Sie sechs Möglichkeiten, wie sich eine Umstellung von Kunststoff auf Metall auf nahezu jeden Aspekt Ihres Unternehmens auswirken kann.

1. Qualität und Freiheit der Gestaltung: Kunststoff kann stärker und leichter sein und bietet mehr ästhetische Möglichkeiten als Metall. Als Produktionsmaterial können Kunststoffmischungen an spezifische Umwelt-, Struktur- und Betriebsanforderungen angepasst werden. Mit dem richtigen Design und der richtigen Materialwahl kann ein Kunststoffteil hergestellt werden, das Metall übertrifft. Auch das Hinzufügen von Verstärkungselementen wie Rippen und Zwickeln, die direkt in den Kunststoff eingegossen werden können, verbessert die Festigkeit und Haltbarkeit und verkürzt die Produktionszeit.Wenn Additive direkt in den Kunststoff gemischt werden, können sie bestimmte Eigenschaften verstärken und ein hochgradig individuelles Material schaffen. Diese Additive erhöhen die Leistung von Kunststoffen in Bereichen wie Schlag- und Zugfestigkeit, Reibung, Kratzfestigkeit und Flammbeständigkeit. Die Qualitäten und die Freiheit, die Kunststoffteile bieten, sind auch ideal für Anwendungen in den Bereichen Sanitärtechnik, Haushaltsgeräte, Filtration und Motoren, wo die Vermeidung von Leckagen von größter Bedeutung ist. Darüber hinaus stellen die heutigen wissenschaftlichen Kunststoffspritzgussverfahren Kunststoffteile mit genauen, engen Toleranzen her, die ohne Nachbearbeitung sofort einsatzbereit sind. Zu den Designmerkmalen von Kunststoffteilen gehören:
   • Durch den Einsatz modernster Software und Technologie können Spritzgießer in der Konstruktionsphase eine Vielzahl von Materialien testen, was vorausschauende Konstruktionsverbesserungen und bessere Leistungsergebnisse ermöglicht.
   • Fähigkeit zur Integration und Anpassung an komplexe Formen und Geometrien sowie zur Konsolidierung von Teilen.
   • Gewichtsreduzierung und verbesserte strukturelle Grenzen.
   • Da Kunststoffe in einer Vielzahl von Farben erhältlich sind und Oberflächenbeschaffenheiten und -strukturen bieten, die ansprechender sind als die von Metallen, sind Kunststoffspritzgussteile ihren Pendants aus Metall meist überlegen. Außerdem lassen sich Kunststoffteile in der Form besser dekorieren oder beschriften, was ihre ästhetische Anziehungskraft weiter erhöht.
   • Dies sind nur einige der Funktionen, mit denen Sie neue Design- und Leistungspotenziale für Ihre Produkte erschließen können.
2. Kosteneinsparungen: Die Umstellung von Metall- auf Kunststoffteile führt zu einer durchschnittlichen Gesamtkosteneinsparung von 25-50 %, wobei diese Vorteile in vielen Bereichen zu finden sind, von der Herstellung über den Zeitaufwand bis hin zur Logistik.
3. Ein schnellerer Prozess: Die Umwandlung von Metall in Kunststoff ermöglicht wesentlich schnellere Fertigungszyklen und einen höheren Durchsatz. Durch die Genauigkeit des Spritzgießens entfallen auch zeitaufwändige mehrstufige Prozesse wie Schleifen und Nachbearbeitung Ihrer Endteile.
4. Höhere Effizienz in der Fertigung: Mit den bereits erwähnten ästhetischen Vorteilen können die endgültigen Farben und Oberflächenoptionen in den Formgebungsprozess integriert werden, so dass kein separates Lackieren, Lasern usw. mehr erforderlich ist:
   • Wartungsfreiheit - Im Gegensatz zu Metallteilen müssen Kunststoffteile nicht beschichtet oder lackiert werden, um das Material zu schützen, so dass sie praktisch wartungsfrei sind.
   • Längere Lebensdauer der Werkzeuge - Während die Werkzeugkosten für ein Metallteil und ein Kunststoffteil sehr ähnlich sind, ist die Herstellungsgeschwindigkeit bei Metallen oft langsamer. Eine weitere Überlegung ist, dass die Lebensdauer der Werkzeuge für Kunststoffteile im Durchschnitt zehnmal länger ist als die Lebensdauer eines Aluminiumgusswerkzeugs.
   • Leichtere Änderungen - Es ist im Grunde unmöglich, zu einem weniger teuren Metall zu wechseln, ohne eine komplette Neukonstruktion vorzunehmen. Die Kosten für Harze wirken sich jedoch in der Regel nicht auf die Form aus, was ein höheres Maß an Flexibilität in Bezug auf Materialqualität und Kosten ermöglicht.
   • Kunststoffteile können schneller hergestellt werden als ihre Gegenstücke aus Metall, da zyklische und hochgradig wiederholbare Prozesse eingesetzt werden, die insgesamt weniger Schritte umfassen. Im Gegensatz zu Metallproduktionsprozessen ist die Produktion von Kunststoffteilen oft automatisiert, mechanisiert und erfordert nur minimale Überwachung.
   • Kunststoff-Spritzgussformen können sekundäre Montageprozesse überflüssig machen, indem sie komplexe und geometrisch abweichende Komponenten in einem einzigen Schritt herstellen. Die Metallverarbeitung nach der Produktion umfasst oft das Zusammenschweißen mehrerer Teile, das Aufkleben von Zusatzteilen wie Lagern und das Aufbringen von Schutzbeschichtungen. Kunststoff-Spritzgussformen ergeben ein einziges, gebrauchsfertiges Bauteil, das sich für mehrteilige Konstruktionen eignet, in das Hilfsteile integriert und Schutzbeschichtungen direkt in das Material eingearbeitet werden.
5. Verbesserte Leistung der Teile: Im Vergleich zu Metallteilen sind Kunststoffteile in der Regel bis zu 50 % leichter und bieten Leistungsmerkmale, die Metalle einfach nicht übertreffen können:
   • Geringere Größe, geringeres Gewicht und geringere Dicke - wenn man die engen Platzverhältnisse bei der Herstellung von Kleingeräten, Motoren, medizinischer Ausrüstung und technischen Geräten bedenkt, sind die Tatsache, dass Spritzgussteile kleiner, dünner und leichter als Metallteile hergestellt werden können, wertvolle Eigenschaften.
   • Erhöhte Festigkeit und Haltbarkeit - die heutigen technischen Kunststoffe halten nicht nur erheblichen Belastungen stand, sondern die daraus gefertigten Kunststoffteile können auch enge Toleranzen einhalten, so dass sie genauso robust und zuverlässig sind wie Metallteile.
   • Schlagzähigkeit, Korrosions- und Hitzebeständigkeit - mit mehr als 25.000 technischen Kunststoffen zur Auswahl, darunter neue Mischungen und Hybridformulierungen, können Spritzgussteile so gestaltet werden, dass sie ganz bestimmte Leistungsanforderungen erfüllen. Einige Mischungen und Rezepturen sind ideal für Anwendungen, die eine hohe Schlagzähigkeit erfordern und korrosiven Elementen und Hitzebeständigkeit standhalten müssen.
6. Materialkosten: Kunststoff ist in der Regel ein sehr viel preiswerteres Material als Blech und hat einen sehr viel stabileren Marktpreis. Der Spritzgießprozess ist außerdem sehr wiederholbar, so dass weniger Ausschuss anfällt. Außerdem benötigt das Spritzgießen aufgrund der niedrigeren Schmelztemperaturen und des Wegfalls aufeinander folgender Bearbeitungsschritte weniger Energie als die Produktion von Metallteilen.
7. Verpackungs- und Transportkosten: Das geringe Gewicht von Kunststoff hat offensichtliche Vorteile in Bezug auf Technik und Leistung, aber es kann auch enorme Einsparungen bei den Verpackungs-, Fracht- und sogar Lagerkosten bringen.

Neben der Designfreiheit und den Kosteneinsparungen, die eine Umwandlung von Metall in Kunststoff bietet, verfügt Kunststoff über zahlreiche vorteilhafte Eigenschaften, die Metallteile nicht bieten können. Es gibt mehr als 25.000 technische Kunststoffmaterialien, die für nahezu jeden Fertigungsbedarf spezialisiert werden können. Darüber hinaus können neue kundenspezifische Mischungen entwickelt werden, um nahezu alle spezifischen Leistungsanforderungen zu erfüllen, die Sie haben. Im Folgenden finden Sie einige Beispiele dafür, wie diese anpassbaren Kunststoffe die Leistung Ihrer Produkte steigern können:

Gewicht: Kunststoffteile sind in der Regel mindestens 50 % leichter als vergleichbare Metallteile. Sie können auch kleinere Größen und geringere Dicken aufweisen, was bei der Herstellung von Motoren, Geräten, Kfz-Teilen und allen anderen Verfahren, bei denen der Platz knapp ist, sehr vorteilhaft sein kann.

Festigkeit: Moderne spritzgegossene Kunststoffe sind genauso zuverlässig wie Metallteile, wenn es darum geht, Belastungen standzuhalten, und ihre Zugfestigkeit kann sogar größer sein als die von Metallteilen. Außerdem entfällt durch die Verwendung eines einzigen Kunststoffformteils anstelle mehrerer Metallteile die Notwendigkeit des Schweißens und damit die Schwachstelle, die durch geschweißte Bereiche entstehen kann.

Wartung: Im Vergleich zu Metall sind Kunststoffteile fast wartungsfrei, da sie weder eine Erstbeschichtung noch eine regelmäßige Lackierung zum Schutz benötigen. Sie können auch Stößen, Bewegungen, Hitze und korrosiven Elementen besser standhalten als viele Metallteile.

Innovation: Mit der Freiheit, die die Herstellung von Kunststoffteilen bietet, können Ihre Ingenieure komplexe Probleme leicht lösen. Ganz gleich, ob Sie es mit rauen Umgebungen, komplizierten Formen und Prozessen, Struktur- oder Gewichtsbeschränkungen oder auch nur mit der Produktästhetik zu tun haben, eine Kunststoffteilkonvertierung kann Ihnen die Flexibilität bieten, die Sie brauchen, um kreative und leistungsstarke Lösungen zu finden.

Eine der wichtigsten ersten Überlegungen bei einem Metall-Kunststoff-Umwandlungsprojekt besteht darin, den Umfang der Initiative vollständig zu verstehen. Es gibt zwar viele kostensparende Vorteile für die Hersteller, wie z. B. die Eliminierung von Fertigungsvorgängen, die Konsolidierung von Komponenten, die Reduzierung des Materialgehalts und die Verringerung des Bauteilgewichts, aber oft gibt es auch die Möglichkeit, Text, Oberflächenbeschaffenheit oder Merkmale hinzuzufügen, die in Metallumformungsverfahren nur schwer zu erreichen sind. Ein Besuch oder eine Online-Zusammenarbeit mit einem sachkundigen Spritzgießer ist ein idealer erster Schritt, um Möglichkeiten und potenzielle Einschränkungen zu ermitteln.

Sie können sich auf einen schrittweisen Prozess einstellen, der dem folgenden ähnelt:

1. Prüfen Sie die Absicht der Teilekonstruktion und die Teileidentifikation genau: Was macht ein Metallteil zu einem guten Kandidaten für Kunststoffersatz?
   • Großserienteile
   • Teile mit komplexen Geometrien, Baugruppen oder Nebenoperationen, die eliminiert oder reduziert werden können
   • Teile, die ein geringeres Gewicht und vielfältigere Designoptionen erfordern
2. Definieren Sie Teilanforderungen: Unterstützen Sie den Erfolg des Produktionslaufs, indem Sie im Vorfeld die Anforderungen festlegen, wie z. B.:
   • Umwelteinflüsse wie Temperatur, Ultraviolett (UV), Chemikalien und Feuchtigkeit
   • Anforderungen an die strukturelle Leistungsfähigkeit, einschließlich Festigkeit, Steifigkeit und Stöße
3. Überprüfen Sie alle besonderen Überlegungen: Gibt es besondere Anforderungen oder Eigenschaften, die das Teil erfüllen muss, wie z. B.:
   • Regulatorische Anforderungen
   • Einzigartige Eigenschaften (Verschleiß, Leitfähigkeit, Farbe, Flammschutz)
     Diese Überlegungen tragen zur Auswahl des Kunststoffs und seiner Verarbeitung bei.
4. Führen Sie eine Kostenanalyse durch: Die Herstellung von Kunststoffbauteilen kann im Vergleich zu Metallen eine erhebliche Kostensenkung bewirken, wenn alle Aspekte berücksichtigt werden, wie z. B. die Verringerung der Kosten:
   • Rohstoffkosten und Dichte
   • Werkzeugbau und Verarbeitung
   • Zykluszeiten
   • Montageschritte und Arbeitsaufwand
   • Sekundäre Operationen
5. Überprüfen Sie den Projektentwurf und den Unterstützungsbedarf: Es ist wichtig, die Schritte durchzugehen, um die Machbarkeit einer Metall-Kunststoff-Umwandlung vollständig zu verstehen. Der Prozess von Rosti umfasst die Überprüfung von 3D-Modellen der Zielkomponente(n) und -systeme. Dies ermöglicht es den Rosti-Ingenieuren, Diskussionen über Design for Manufacturing (DFM) für Formgebung, Funktion, Montage und Nachhaltigkeit zu führen. Es handelt sich dabei um einen iterativen Prozess, bei dem sich das Design weiterentwickelt und reift.
6. Beurteilung des Bedarfs an Prototypenformung und Teilevalidierung: Rosti kann bei Materialformungsversuchen helfen, um sicherzustellen, dass das Teil für die Produktion bereit ist. Dieser Prozess kann Folgendes umfassen:
   • Prototyping
   • Überprüfung von Teilen, Werkzeugen, Verfahren und Design
   • SOLIDWORKS-Simulation und Konstruktionsvalidierung
7. Übergang zur Produktion von Kunststoffteilen: Die Spritzgießprozesse in der Produktion sollten optimiert werden, um einen reibungslosen Übergang von der Teilevalidierung zu den Produktionsläufen zu gewährleisten.Möchten Sie einen Schritt zurückgehen und mehr über den Spritzgießprozess von der Konstruktion bis zur Produktion erfahren? Sehen Sie sich unser umfassendes Handbuch an und laden Sie es herunter

Wenn Hersteller die Umstellung von Metall auf Kunststoff in Erwägung ziehen und jeden Aspekt des Prozesses bewerten, stellen sich viele Fragen, von der Qualifizierung verschiedener Materialeigenschaften über Konstruktionsänderungen bis hin zur Validierung von Teilen und vieles mehr. Zögern Sie nicht, diese Fragen zu stellen, während Sie sich durch den Prozess bewegen, und stellen Sie sicher, dass Sie Ihre Ziele in den Vordergrund Ihres Projekts stellen, um ein erfolgreiches Ergebnis zu gewährleisten. Möchten Sie das Gewicht eines Teils reduzieren? Die Qualität oder die Konsistenz verbessern? Sind die funktionalen und ästhetischen Eigenschaften Ihres Kunststoffteils wichtig, und wie wird sich das neue Material auswirken? Wenn Sie sich diese Fragen im Vorfeld stellen, wird Ihr Projekt auf einem optimalen Kurs bleiben.

Es empfiehlt sich, die folgenden Fragen und alle anderen, die im Laufe des Prozesses auftauchen, sorgfältig mit einem vertrauenswürdigen und erfahrenen Spritzgießer zu klären, der Sie bei jedem Aspekt Ihres einzigartigen Projekts unterstützt.

Welche Merkmale und/oder Qualitätsanforderungen machen dieses Teil zu einer Herausforderung für den Werkzeugbau oder das Spritzgießen, und wie leicht lässt sich das Design übertragen?

Bei optimiertem Design können die meisten Komponenten im Spritzgussverfahren hergestellt werden. Es ist jedoch von entscheidender Bedeutung, dass ein Gleichgewicht zwischen dem, was physisch geformt werden kann, und den Materialtypen hergestellt wird, die eine verbesserte Leistung des Teils ermöglichen. Die Qualitätsanforderungen, der Verwendungszweck des Bauteils und seine mögliche Belastung durch verschiedene Umwelteinflüsse sollten mit Ihrem Spritzgusspartner besprochen werden.

Insbesondere die fertigungsgerechte Konstruktion eines Kunststoffteils(DFM) beinhaltet wichtige Faktoren, die Bereiche der Kunststoffteilkonstruktion, der Werkzeugherstellung, der Materialauswahl und der Produktion betreffen. Wenn die Konstrukteure von Kunststoffteilen einen kooperativen Ansatz verfolgen und die Formenbauer frühzeitig in den Konstruktionsprozess einbeziehen, können viele Vorteile realisiert werden.

Untersuchungen haben gezeigt, dass 70 bis 80 Prozent der Kosten eines neuen Produkts vom Design abhängen, und die Hersteller stufen die Beratung beim Kunststoffdesign als einen der wichtigsten Faktoren für die Senkung der Gesamtproduktionskosten ein. Die scharfe Trennlinie, die früher zwischen Entwicklung und Produktion gezogen wurde, hat sich geändert. Die Produkthersteller stützen sich nun auf Spritzgießdesign-Experten, die viel früher als je zuvor in den Prozess eingebunden werden.

Wir werden diese Frage im Abschnitt DFM weiter unten etwas ausführlicher behandeln, aber einige kritische Elemente der Konstruktionsoptimierung und Merkmale, die früh im Konstruktionsübertragungs- oder Entwicklungsprozess berücksichtigt werden sollten, sind:

1. • Entwurf
   • Wandstärke
   • Radien zu Kanten
   • Rippen
   • Tiefgangswinkel
   • Abschließende Elemente

2. Warum ist es so wichtig, bei einem Kunststoffteil auf die Wandstärke zu achten?

   Eine gleichmäßige Wandstärke ist bei der Konstruktion eines Spritzgussteils von entscheidender Bedeutung. Eine ungleichmäßige Wandstärke verursacht Probleme bei der Maßkontrolle, Verzug und andere Probleme mit der Integrität des Teils, wenn das geschmolzene Material abkühlt.

   Wenn Abschnitte unterschiedlicher Dicke erforderlich sind, empfehlen die Konstrukteure, den Übergang so glatt wie möglich zu gestalten, damit das Material gleichmäßiger in die Kavität fließen kann. Dadurch wird sichergestellt, dass die gesamte Form vollständig gefüllt wird, und die Wahrscheinlichkeit von Defekten wird verringert. Abgerundete oder sich verjüngende Dickenübergänge minimieren eingeformte Spannungen und Spannungskonzentrationen, die mit abrupten Dickenänderungen verbunden sind.

   Die Wahl der richtigen Wandstärke für Ihr Teil kann drastische Auswirkungen auf die Herstellungskosten und die Produktionsgeschwindigkeit haben. Die Mindestwandstärke, die verwendet werden kann, hängt von der Größe und Geometrie des Teils, den strukturellen Anforderungen und dem Fließverhalten des Harzes ab. Die Wandstärken eines Spritzgussteils liegen im Allgemeinen zwischen 2 mm und 4 mm (0,080″ - 0,160″). Beim Dünnwandspritzguss können Wandstärken von bis zu 0,5 mm (0,020″) erreicht werden. Wenden Sie sich an Ihren Spritzgießer und Konstrukteur, um sicherzugehen, dass die richtigen Wandstärken für das Design und die Materialauswahl Ihres Teils ausgeführt werden.

3. Wo ist der optimale Ort für den Anschnitt dieses Teils?

   Hochwertige spritzgegossene Kunststoffteile sollten zwar eine einheitliche Wandstärke haben, aber manchmal erfordert der Verwendungszweck des Teils eine Abweichung in dicken und dünnen Bereichen. Wenn Sie feststellen, dass dies bei Ihrem Projekt zur Umwandlung von Metall in Kunststoff der Fall ist, empfiehlt es sich, in den dicksten Bereich anzuspritzen und Anschnitte in dünnen Bereichen zu vermeiden. Plastics Technology beschreibt dies sehr gut und erklärt, dass dies zu Lunkern oder Einfallstellen führen kann, wenn man dies nicht tut. Der Fülldruck wird verwendet, um den Kunststoff beim Abkühlen und Schrumpfen in der Form vollständig zu komprimieren. Änderungen des Fülldrucks steuern die Kompression der Schmelze entlang des Fließwegs.

   Die beste Packung entsteht am Anschnitt, und man braucht die beste Packung, die man in einem dicken Abschnitt erreichen kann, um Defekte zu vermeiden. Die Lage des Anschnitts beeinflusst auch die Ausrichtung der Polymermoleküle und die Art und Weise, wie das Teil schrumpft. Die Schrumpfung ist die Kontraktion des Formteils beim Abkühlen nach dem Einspritzen. AlleMaterialien weisen unterschiedliche Schwindungsraten auf, die von der Harzfamilie (amorphe vs. kristalline Materialien), der Formkonstruktion und den Verarbeitungsbedingungen abhängen. Im Folgenden gehen wir näher auf die Materialien und ihre Eigenschaften ein.

   Zusätzlich zur Berücksichtigung der optimalen Anschnittposition wird empfohlen, die entsprechenden Winkel oder Verjüngungen an Produktmerkmalen wie Wänden, Rippen, Pfosten und Vorsprüngen einzubauen, die parallel zur Richtung der Entformung liegen, was den Teileauswurf erleichtert.

   Möchten Sie mehr darüber erfahren, wie sich die Schrumpfung auf die Kontraktion eines Formteils auswirkt, wenn es nach dem Einspritzen abkühlt? Laden Sie den Leitfaden für die Schrumpfungsrate von Kunststoff-Spritzgussmaterial von Rosti herunter.

4. Gibt es zusätzliche Materialien oder Verfahren, die wir in Betracht ziehen könnten, um dem Teil einen zusätzlichen Wert zu verleihen?

   Wenn die Leistung eines Materials mit den verfügbaren Harzen nicht erreicht werden kann, können kundenspezifische Materialmischungen erstellt werden, um die Eigenschaften mehrerer Harze zu verbessern. Verstärkungsmaterialien mit Additiven können die Festigkeit von Teilen erhöhen und ihnen Steifigkeit verleihen, wodurch Verzug und Schrumpfung verringert werden können. Zusatzstoffe wie Glas- oder Kohlenstofffasern können die Leistung der Teile erhöhen und den Fluss, den Ausstoß und die Dispersion verbessern.

   Wenn Additive direkt in den Kunststoff gemischt werden, verstärken sie bestimmte Eigenschaften und schaffen ein hochgradig individuelles Material. Diese Additive erhöhen die Leistung von Kunststoffen in Bereichen wie Schlag- und Zugfestigkeit, Reibung, Kratzfestigkeit und Flammfestigkeit. Additive machen Kunststoffe leichter, sicherer für den Einsatz im Lebensmittelhandel und in der medizinischen Versorgung und sind umweltfreundlicher.

   Unter bestimmten Umständen können Hochtemperatur- und exotische Harze für Anwendungen in Betracht gezogen werden. Diese Materialien sind zwar im Vorfeld teurer als Standardharze, können aber die Haltbarkeit und Leistungsfähigkeit Ihrer komplexen Teile enorm steigern und so die Gesamtproduktionskosten senken.

   Einige Möglichkeiten gehen über das Spritzgießen hinaus und können Ihrem Teil und seiner Funktionalität einen zusätzlichen Wert verleihen. Optionen für die sekundäre Fertigung, Baugruppen und Angebote für die Zeit nach dem Spritzgießen können dazu beitragen, Ihren Prozess zu rationalisieren und weitere Effizienzsteigerungen und Kostensenkungen zu erzielen. Zu den Dienstleistungen gehören unter anderem Heißprägen, Einlegen, Heißkleben und vieles mehr.

5. Welche Tests können durchgeführt werden, um unsere Entscheidung und die Leistung eines Teils zu bestätigen?

   Spritzgießer, die einen innovativen und wissenschaftlichen Ansatz für ihre Herstellungsprozesse wählen, erzielen letztendlich bessere Ergebnisse.

   Kunststoff-Prototypenbau: Rosti stellt sicher, dass die Spritzgießwerkzeuge gemäß den Spezifikationen gebaut werden, so dass der Kunde darauf vertrauen kann, dass das Prototyp-Bauteil getestet, vermarktet oder sogar für kurzfristige oder kleine Produktionsanforderungen verwendet werden kann. Dies wird durch die Zusammenarbeit mit Kunststoffprototypenherstellern erreicht, die kundenspezifische Spritzgießwerkzeuge und -komponenten mit einer Produktionsmentalität herstellen. Schnelle Durchlaufzeiten und kostengünstige Preise ermöglichen es den Kunden, Prototypenteile zu bestellen, die das Design eines Produktionsteils nachbilden.

   SOLIDWORKS: Rosti erweitert die verfügbaren Ressourcen, um seine Ingenieure bei der Konstruktion von Kunststoffteilen, der Konstruktion von Spritzgussformen und der Materialflusssimulation zu unterstützen. Mit dem ^SOLIDWORKS® Plastics Premium Predictive II Simulationssoftwarepaket ist das Ingenieurteam von Rosti in der Lage, bereits in den frühen Stadien der Konstruktion von Kunststoffteilen zusätzliche vorausschauende Einblicke zu gewähren und so die Gesamtzeit bis zur Markteinführung durch die Komprimierung des Entwicklungszyklus neuer Produkte zu verkürzen. Die SolidWorks Plastics Premium Software ist ein Werkzeug zur Konstruktionsvalidierung im Vorfeld, das Einblicke in die Geometrie von Kunststoffteilen ermöglicht, die mit herkömmlichen Mitteln nur schwer, teuer oder gar nicht vorhergesagt werden können.

   

   Kunststoffverweilzeit: Wenn Sie sich die Zeit nehmen, die spezifische Kunststoffverweilzeit für den jeweiligen Herstellungsprozess zu berechnen, verbessern Sie Ihre Materialleistung und das gesamte Endprodukt.

   Das Material wird durch die Dauer und die Temperatur der Einwirkung schnell beeinträchtigt. Laut dem Injection Molding Handbook sind einige Polymere "hydrolytisch abbaubar und können aufgrund der chemischen Reaktion von Feuchtigkeit mit dem Polymer vor der Entgasung unerwünschte Depolymerisationseffekte aufweisen." Die Kenntnis der Verweilzeit des Materials kann Ihnen helfen, die optimale Zeit und Temperatur für Ihre Produktionsanforderungen zu ermitteln.

   Validierung von Teilen: Die Teilevalidierung ist ein wichtiger Aspekt, da sich die Konstruktion von Bauteilen für das Spritzgießen oft deutlich von der Konstruktion für die Metallumformung unterscheidet. Das hat zur Folge, dass das Design des Teils neu und anders ist. Welchen Ansatz werden Sie wählen, um ein neues Design zu validieren und sicherzustellen, dass es Ihren Anforderungen entspricht? Die Ingenieure von Rosti sind der Meinung, dass es am besten ist, ein Pilot- oder Prototypwerkzeug mit einer Kavität aus Stahl zu bauen, um alle Annahmen zu validieren. Dieser Schritt dient nicht nur der Validierung des Teiledesigns, sondern auch der Validierung der Werkzeug- und Prozessbedingungen, die zum Erfolg führen werden.

Der Prozess der fertigungsgerechten Konstruktion (DFM) ist ein entscheidendes Element jeder Metall-Kunststoff-Umwandlung. Sobald der Projektumfang definiert ist, schafft der DFM-Prozess einen Rahmen für die Zusammenarbeit der Spritzgießingenieure bei der Konstruktion von Werkzeugen, Gussteilen, Funktionen und Nachhaltigkeit. Rosti verfügt über umfangreiche Erfahrung bei der Empfehlung von Konstruktionsänderungen, um Teile leichter und robuster zu machen, wobei der Schwerpunkt auf Kunststoffkonstruktionselementen liegt, einschließlich Nennwandabschnitten, Entformungswinkeln, strukturellen Rippenübergängen, Montagemerkmalen usw. Die Konstruktionsingenieure von Rosti formen in der Regel Merkmale mit engen Toleranzen, was eine bessere Kontrolle und die Möglichkeit bietet, ein extrem hohes Maß an Prozesswiederholbarkeit aufrechtzuerhalten. Das ultimative Ziel ist es, sicherzustellen, dass ein Kunststoffteil mit optimalen Merkmalen und optimaler Qualität für die gesamte Lebensdauer des Programms geformt werden kann.

Beim Design for Manufacturing (DFM) geht es darum, ein Produkt so zu konstruieren, dass die Fertigungseffizienz der für seine Herstellung verwendeten Anlagen und/oder Verfahren optimiert wird, um die geringstmöglichen Stückkosten bei höchstmöglicher Qualität zu erzielen. Der wichtigste Grund für die Integration von DFM in die Herstellung eines Kunststoffspritzgussprodukts ist, dass, wie bereits erwähnt, 70 bis 80 Prozent der Herstellungskosten durch Designentscheidungen bestimmt werden können.

DFM erfordert die Wahl des richtigen Herstellungsverfahrens für ein Teil oder Produkt, Investitionen in verschiedene Technologien, die Anwendung modernster Konstruktionsprinzipien und die Auswahl der richtigen Materialien mit den richtigen Eigenschaften, um die von Ihren Kunden und Interessenten geforderte Konsistenz und Qualität zu gewährleisten.

Es ist auch ein wesentlicher Bestandteil der Senkung der Herstellungs- und Montagekosten. Ein einfacher Blick auf die Art und Weise, wie dies erreicht wird, wird im Folgenden vorgestellt. Wenn ein DFM-Plan am Schreibtisch fertiggestellt wird, sollte es sich jedoch um ein technisches Dokument handeln, das sich auf ein "genau richtiges" Gleichgewicht von Qualität und Kosten konzentriert.

13 DFM-Leitlinien zur Verringerung der Kosten und Herausforderungen bei der Herstellung eines Kunststoffbauteils

1. Beginnen Sie mit DFM schon früh im Entwurfsprozess, bevor mit dem Werkzeugbau begonnen wurde.
2. Bringen Sie Ingenieure, Designer, den Auftragshersteller, den Formenbauer und den Materiallieferanten an einen Tisch, um den Entwurf zu hinterfragen.
3. Design zur Reduzierung der Gesamtzahl der Teile
4. Bauen Sie es modular auf
5. Begrenzung der Anzahl der erforderlichen Maschinenoperationen
6. Verwendung von Standardkomponenten
7. Teile so konstruieren, dass sie multifunktional sind
8. Designteile für Mehrfachverwendung
9. Einfaches Design für die Herstellung
10. Vermeiden Sie separate Befestigungselemente
11. Montageanweisungen minimieren
12. Maximierung der Einhaltung von Vorschriften
13. Minimieren Sie die Handhabung und berücksichtigen Sie, wie sich ein Design auf die Verpackung und den Versand von Teilen auswirkt.

Ist Kunststoff wirklich so robust und langlebig wie Stahl? Was einige Hersteller vielleicht nicht wissen, ist, dass die Kombination von Kunststoff und Metall bei richtiger Planung und Konstruktion viele der gleichen engen Toleranzen wie bei Metallteilen bieten kann, und das bei überlegener Leistung. Kunststoffmaterialien können sorgfältig zu Hochleistungs-Kunststoffmischungen formuliert werden, die die Leistungsanforderungen in Bezug auf Festigkeit, Flexibilität, Temperatur, Korrosionsbeständigkeit und mehr übertreffen.

für Ihre einzigartige Anwendung kann Zeit in Anspruch nehmen und erfordert die Partnerschaft mit einem erfahrenen Spritzgießer, der sich auf strategische Beziehungen zu Kunststoffexperten stützen kann, um Ihr Projekt und die beabsichtigte Endanwendung des Teils sorgfältig zu bewerten. Rosti gießt jedes Jahr über 150 Kunststoffe und ist auf die folgenden spezialisiert:

• PPS (Polyphenylensulfid)
• PPSU (Polyphenylsulfon)
• PSU (Polysulfon)
• Acetal
• PPO (Polyphenylenoxid)
• TPV (Thermoplastische Vulkanisate)
• TPE (Thermoplastisches Elastomer)
• PP (Polypropylen)
• HDPE (Hochdichtes Polyethylen)
• LDPE (Polyethylen niedriger Dichte)
• Hochtemperatur-Harze
• Hochgefüllte Harze (Glas, Mineralien, Talkum)
• Alle Nylons in technischer Qualität

Nach Angaben der American Society of Mechanical Engineers ist einer der größten Vorteile von Kunststoffen die Verfügbarkeit von mehr als 25.000 technischen Werkstoffen für Fertigungsanwendungen. Die wichtigsten Überlegungen zu den Kunststoffarten sind:

• Kristallin vs. amorph: Die im Spritzgussverfahren verwendeten Harze bestehen aus Strukturen, die durch ihre Kristallinität definiert sind, d. h. wie die Moleküle des Polymers zusammengepackt sind. Kristalline Strukturen sind in den meisten Fällen sehr geordnet, was dem Material Festigkeit und Steifigkeit verleiht. Amorphe Polymere sind das Gegenteil davon.
• Zusatzstoffe: Zusatzstoffe beeinflussen Festigkeit, Steifigkeit, Temperaturverhalten, Aussehen, Verpackungsanforderungen und Kosten.
• Füllstoffe aus Kohlenstoff und rostfreiem Stahl verbessern die leitenden und/oder abschirmenden Eigenschaften.
• Schmierstofffüllstoffe verbessern die Verschleiß- und Reibungseigenschaften.
• Mineralische Füllstoffe verbessern die elektrische Leistung, die Haptik, die Schalldämpfung, das spezifische Gewicht und die Formstabilität.
• Schlagzähigkeitsmodifikatoren verbessern die Zähigkeit.

Wenn man die beabsichtigte Endanwendung eines spritzgegossenen Teils in Betracht zieht, ist die Kenntnis der Schlüsseleigenschaften entscheidend für die Auswahl des besten Kunststoffmaterials. Überprüfen Sie diese Hauptunterschiede bei einigen der am häufigsten verwendeten Kunststoffe.

ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol) ist ein gängiges Spritzgussmaterial, das relativ leicht zu einem erschwinglichen Preis beschafft und geformt werden kann. Es ist ein starkes, robustes Material, das eine gute Schlagzähigkeit aufweist, leicht zu bearbeiten ist und eine Vielzahl von ästhetischen Anforderungen erfüllt. Das Harz ist nicht ideal für Teile, die dauerhaft starker Hitze ausgesetzt sind, da es sich bei Temperaturen über/um 200 Grad Celsius verzieht oder schmilzt.

Polycarbonate sind eine hochwertige Klasse von Thermoplasten, die sich leicht formen lassen und oft eine erhöhte Bruchsicherheit aufweisen. Von Natur aus transparent, ist Polycarbonat ideal für hochfeste glasähnliche Anwendungen (Schutzbrillen, medizinische Laboranwendungen und mehr). Polycarbonat eignet sich nicht für Anwendungen, bei denen ein höheres Maß an Flexibilität erforderlich ist, oder für farbige ästhetische Entscheidungen.

Glasgefülltes Nylon ist ein verstärkter Thermoplast, bei dem dem Nylonharz Glasfasern zugesetzt werden, um die Festigkeit und Hitzebeständigkeit zu erhöhen. Dieses Harz ist auch elektrisch weniger leitfähig als viele andere, aber trotz seines hohen Schmelzpunkts ist es anfälliger für Verbrennungen als andere Materialien.

Polypropylen ist ein flexibler thermoplastischer Kunststoff, der sich für Industrie- und Verbraucheranwendungen eignet. Es ist dafür bekannt, dass es ein sehr biegsames Harz ist, das auf viele Arten bearbeitet werden kann, ohne seine ursprüngliche Form zu verlieren. Polypropylen ist außerdem beständig gegen Lösungsmittel, Chemikalien und UV-Strahlen.

Acetal ist dafür bekannt, dass es eine hohe Reibungsbeständigkeit aufweist und ein sehr steifes Material ist. Es lässt sich während des Formprozesses leicht einfärben und färben, bietet jedoch keine hervorragende Hitzebeständigkeit.

Die frühzeitige Berücksichtigung spezifischer Anforderungen im Entwurfsprozess kann Ihnen helfen, spätere kostspielige Änderungen zu vermeiden. Die Ausgewogenheit von Eigenschaften wie Steifigkeit, Haltbarkeit, Zähigkeit und anderen ist der Schlüssel zum Erreichen einer optimalen Teilefunktionalität. Wie wichtig eine frühzeitige Designberatung im Spritzgießprozess ist, wurde bereits auf dieser Seite betont. Sie ist jedoch nie wichtiger als bei der Verwendung von Hochtemperaturwerkstoffen, um die Festigkeit, Stabilität und andere Eigenschaften eines Teils zu erhöhen, die für seine einzigartige Anwendung unerlässlich sind. Tatsächlich sind herkömmliche Spritzgießtechniken bei Hochtemperatur- und exotischen Harzen nicht immer effektiv.

Viele der von Rosti bedienten Märkte profitieren von den Vorteilen, die die Metall-Kunststoff-Umwandlung bietet. Die Anwendungen konzentrieren sich in der Regel auf schwere Metallkomponenten oder auf solche, die mehrere Fertigungsschritte erfordern, um die gewünschten Eigenschaften zu erzielen.

In der Automobil- und Luftfahrtindustrie wird beispielsweise die Umwandlung von Metall in Kunststoff genutzt, um das Gewicht zu reduzieren und die Treibstoffeffizienz zu verbessern (der Ersatz eines Metallteils durch ein Kunststoffteil führt zu einer Gewichtsreduzierung von etwa 50 Prozent). Neben der Gewichtsreduzierung können Komponenten aus technischen Kunststoffen genauso haltbar, hitzebeständig und chemikalienbeständig sein wie Metallkomponenten und eignen sich daher für raue Umwelt- oder Betriebsbedingungen.

Die Umwandlung von Metall in Kunststoff nimmt auch in der Medizintechnikbranche zu. Werkzeuge und Instrumente, die früher aus Metall gefertigt wurden, werden heute aus Kunststoff hergestellt, um das Gewicht zu reduzieren und gleichzeitig ein hohes Maß an Festigkeit und Steifigkeit zu gewährleisten. Durch die Verwendung von Hochtemperatur-Kunststoffen können die Komponenten den erhöhten Anforderungen an Desinfektionsmittel und Sterilisation standhalten.

Andere Industrieanwendungen, bei denen die Umwandlung von Metall in Kunststoff zunimmt, sind die Landwirtschaft, Baumaschinen, Industriepumpen, Fluidtechnik, Schwermaschinen, Haushaltsgeräte und viele Verbraucherprodukte.

Die Entwicklung eines neuen Kunststoffteils erfordert in den meisten Fällen die Herstellung von Werkzeugen. Kunststoff-Spritzgusswerkzeuge müssen wiederholten Temperaturwechseln, Werkzeuginnendrücken von +30.000 psi, Stahltemperaturen von +300 Grad Celsius und Kunststofftemperaturen von +700 Grad Celsius standhalten. Hochgefüllte Harze sind außerdem extrem abrasiv gegenüber herkömmlichen Formstählen. Daher ist die Herstellung von Spritzgusswerkzeugen im Vergleich zu Werkzeugen für viele andere Verfahren teurer. Obwohl die Einsparungen pro Stück beim Spritzgießen diese Werkzeugkosten in der Regel ausgleichen, ist der Werkzeugbau ein wichtiger Faktor, der im Budget berücksichtigt werden muss.

Zweifellos erfordert das Spritzgießen eine Vorabinvestition in Werkzeuge. Dennoch ist es aufgrund der Zykluszeit beim Spritzgießen sehr wahrscheinlich, dass eine Kunststoffversion Ihres Teils wesentlich kostengünstiger ist.

Quelle: Design for Manufacturing and Assemble, D. Havel, https://www.slideshare.net/dhaval6693/dfma-57014998