Spritzgiessen einfach erklärt

Bei vielen Dingen im Alltag sind wir uns oft gar nicht bewusst, was dahintersteckt. Arbeitsaufwand, Herstellung, Verwendung. Wir nehmen vieles als selbstverständlich wahr. Ein Blick hinter die Kullissen deckt neue Erkenntnisse auf. Hier in diesem Artikel ein  Beispiel: Spritzgiessen.

Spritzgiessen, schon mal gehört? Ganz bestimmt, aber auch verstanden? Spätestens bei dieser Frage blicken viele verlegen auf den Boden oder wechseln schnell das Thema. Aber halb so schlimm, wie wäre es mit einer kleinen kompakten Definition? Dann können Sie beim nächsten Mal selbstbewusst mitdiskutieren und mit brillanten Fakten glänzen.

Spritzguss: Die Welt der Kunststoffherstellung entdecken
Spritzguss: Die Welt der Kunststoffherstellung entdecken

Was ist Spritzgiessen eigentlich?

In der Welt der Kunststoffe spielt Spritzgiessen eine Hauptrolle – genau genommen bei der Verarbeitung von Kunststoffen.

Denn das sogenannte Kunststoff-Spritzgiessen, auch als Spritzguss bekannt, ist essenziell für die Herstellung von Formteilen. Erste Wahl ist es für die Herstellung von komplexen Formteilen, die es in grösserer Menge zu produzieren gilt. Aber warum brilliert der Spritzguss hier? Dafür gibt es gleich mehrere Gründe – und zwar:

  • Der Spritzguss führt direkt vom Rohstoff zum Fertigteil – ganz ohne Zwischenstopps.
  • Die fertigen Teile müssen nicht aufwendig nachbearbeitet werden.
  • Funktions- und Prozessintegration ist beim Spritzguss ohne Probleme möglich.
  • Das gesamte Verfahren lässt sich vollautomatisch umsetzen.
  • Selbst bei besonders komplexen Bauteilen erreicht die innovative Technik überraschend kurze Produktionszyklen.
  • Dank des raffinierten Prozesses sind auch hohe Stückzahlen mühelos umzusetzen.

Wo kommen Spritzgussformen am häufigsten zur Anwendung?

Das Spritzgussverfahren ist ein Multitalent.

Unzählige Produkte erweckt es zu Leben. Produkte, die wir im Alltag verwenden und uns nicht vorstellen, wie diese hergestellt werden.

Von Drahtspulen über Kronkorken und Taschenkämme bis hin zu Instrumenten ist alles mit dabei. Verpackungen, mechanische Teile und Spielzeug gehören genauso dazu. Aber warum gehen wir nicht ein klein wenig mehr ins Detail?

Produkte, die uns tagtäglich begegnen:

  • Zahnbürsten
  • Wäschekörbe
  • Flaschen
  • Partybesteck
  • Sonnenbrillen
  • PC-Gehäuse
  • Puppen

Medizinisches Equipment:

  • Einweghandschuhe
  • Einmalspritzen
  • Sonden
  • Schläuche
  • Herzklappen
  • künstliche Hüftgelenke
  • Kontaktlinsen

Autoteile:

  • Gurt
  • Sitze
  • Armaturenbrett
  • Becherhalter
  • Stossstangen
  • Radiotasten
  • Fensterheber

Kinderspielzeug:

  • Puppen inklusive Zubehör (z.B. Puppenwaagen)
  • Gesellschaftsspiele
  • Bauklötze
  • Spielzeugfiguren

Computer:

  • Monitor
  • Tastatur
  • Gehäuse
  • Zubehör (z.B. Maus)
Spritzgiessen: Produkte in form bringen
Spritzgiessen: Produkte in form bringen

Die Herausforderungen mit Spritzguss Produkten

Keine Frage: Spritzgussformen sind eine Bereicherung für Kunde und Konzern. Doch, wo Licht ist, ist auch Schatten. Selbst so ein ausgeklügeltes Verfahren wie das Spritzgiessen ist nicht fehlerfrei. Mit diesen Herausforderungen hat es zu kämpfen:

Hohe Werkzeugkosten

Spritzgusshersteller sind sich einig: Die grösste Herausforderung sind die Spritzgiesswerkzeuge. Denn diese können das Budget stark strapazieren – insbesondere das Budget von kleinen und mittelständischen Unternehmen. Gerade bei grossen und geometrisch komplexen Formen kostet das Werkzeug oft ein Vermögen.

Strikte Qualitätskontrollen

Um beim Spritzgiessen identische Ergebnisse zu erreichen, müssen Temperatur, Druck und Abkühlzeit perfekt harmonieren. Ansonsten drohen Fehler und Abweichungen. Und so bedarf es regelmässiger strenger Qualitätskontrollen. Nur so bleibt das Wunschprodukt auch ein Wunschprodukt. Doch regelmässige strenge Qualitätskontrollen kosten natürlich Zeit, Geld und Energie – Geld, Zeit und Energie, die vielen Konzernen fehlt.

Die Umweltsorge

Wie entsorgen wir Kunststoffabfälle, ohne der Umwelt zu schaden? Eine Frage, die gerade viele Konzerne umtreibt – insbesondere die Automobilindustrie. Nachhaltige Lösungen müssen auf den Tisch. Wie lässt sich der Kunststoffmüll reduzieren und welche Recycling-Konzepte bieten sich an?

Sorgfältige Materialauswahl

Kunststoff ist gleich Kunststoff? Keinesfalls, wir unterscheiden eine ganze Reihe an Kunststoffarten. Und das Tückische: Nicht alle Sorten eigenen sich für die Herstellung von Spritzgussformen. Und genau das bedeutet für die Spritzguss Firmen höchste Sorgfalt bei der Materialauswahl.

Formenbau Spritzguss 4.0. – ein Blick in die Zukunft

Könnten wir nur einen Blick in die Zukunft der Spritzguss-Industrie werfen. Aber was spricht eigentlich dagegen? Der eine oder andere Trend lässt sich immerhin schon voraussagen.

Bessere Software, bessere Werkzeuge

Kein Spritzguss ohne Werkzeug: Das ändert sich auch im Jahr 2070 nicht. Eines aber ändert sich doch: die Qualität des Werkzeugs. Simulationssoftwares lautet das Erfolgskonzept. Dabei handelt es sich um eine spezielle Software, die die Werkzeuge schon vor der Herstellung perfektioniert. So kann sich das Unternehmen sicher sein: Dieses Werkzeug erfüllt seinen Zweck.

Leichtere Bauteile

Die Bauteile müssen zum Fliegengewicht werden – insbesondere in der Automobilbranche. Warum? Denn je weniger Gewicht, desto weiter die Reichweite. Dies gilt speziell für E-Autos. Bringen sie weniger auf die Waage, halten sie länger durch.

Stärkere Kunststoffe

Spritzgussteile müssen länger durchhalten. Das spart Geld und reduziert die Müllberge. Nur wie soll das gelingen? Ganz einfach: Die einzelnen Bauteile müssen mit Fasern und Füllstoffen verstärkt werden.

Wiederverwendbare Kunststoffverpackungen

Die Ansprüche an Kunststoffhersteller steigen:

Künftig müssen sie Kunststoffverpackungen zurücknehmen. Da versteht es sich von selbst, dass sie die Verpackungen auch sinnvoll wiederverwenden wollen. Nur wie soll das gehen?

Akribisch forschen die Hersteller an neuen innovativen Konzepten, die dem Kunststoff ein zweites Leben schenken. Und sie haben Erfolg.

Zum Beispiel: Viele abgenutzte Verpackungen werden mit einer neuen Kunststoffhülle versehen. Das verleiht ihnen wertvolle Stabilität. Und schon sind sie bereit für einen zweiten Einsatz.

© raeber-blog.ch, 4.12.2023, Autorenteam, Jana Winter

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Rapid Prototyping – Ein Potenzial für hochmoderne Fertigung

Unter diesem Begriff wird in der Wirtschaft die schnelle Erstellung von innovativen Prototypen (Modellen) verstanden. Üblicherweise handelt es sich hierbei um Grundmuster für die industrielle Fertigung von mechanischen Bauteilen oder komplexeren Baugruppen. Die Basis für deren Umsetzung bildet die computergestützte Verarbeitung von 3D-CAD-Daten. Speziell stellen leistungsfähige 3D-Druckverfahren die hierzu erforderliche Technologie zur Verfügung (additive Fertigung).

Wie entwickelte sich die Nachfrage für Rapid Prototyping in der Industriegeschichte?

Bis zur Mitte der 80er Jahre ging es im Rahmen der industriellen Fertigung vorrangig um die Rentabilität der Produktion.

So standen die deutliche Verringerung von Herstellungskosten und zugleich das Absichern der Produktleistung massgeblich im Fokus.

Aufgrund dieser ökonomischen Anforderungen war es nötig, vorweg geplante Erzeugnisse ohne die Verwendung kostenintensiver Hilfsmittel und innerhalb kurzer Zeitspannen auszutesten. Somit entstand erstmalig eine starke Nachfrage bezüglich aussagekräftiger Modelle beziehungsweise Prototypen.

In den 90er Jahren setzte sich die Akzentuierung der Produktqualität zunehmend im Wirtschaftsleben durch. Um die Qualitätssicherung für die herzustellenden Erzeugnisse zu gewährleisten, verwendeten die Produktdesigner*innen umso mehr aussagefähige Prototypen.

Mit der Jahrtausendwende wurde schliesslich die Konzeption «Time to Market» bedeutsamer. Alles drehte sich um einen zügigen Marktauftritt der Innovationen. Doch die Realisierung dieses Zeichen setzenden Massstabs für moderne Fertigungsprozesse verlangte zeitnahe Entwicklungsabläufe und Produktionsverfahren.

Gerade dieser wirtschaftliche Trend beschleunigte das Wachstum von modernen Technologien, welche die rasche Erstellung von modellhaften Prototypen ermöglicht.

Prototyp für ein Mobil-Telefon
Prototyp für ein Mobil-Telefon

Die fortan aufstrebende Rapid Prototyping Technologie

Im Jahr 1984 kamen die ersten Stereo-Lithografie Maschinen auf den Markt. Diese zukunftsweisende Technologie bot erstmals eine auf Lasertechnik fussende Anfertigung von Grundmodellen (Prototypen).

Sie wurde konkret durch das Überlagern ausgehärteter Schichten eines fluiden, UV-sensiblen Polymers realisiert.

Innerhalb der nachfolgenden Dekaden entstanden anschliessend weiterführende Rapid Prototyping Methoden wie beispielsweise die leistungsfähige Technik zum selektiven Laser-Sintern.

Das früheste Verfahren zum 3D-Rapid-Prototyping auf der Grundlage des Fused Deposition Modeling (FDM) wurde in den 90er Jahren etabliert.

Letztendlich zeigt sich das hochmoderne 3D-Druck System als die aktuellste Rapid Prototyping Technik. Sie gelangte seit Anbruch des neuen Jahrtausends auf den industriellen Markt.

Wo stehen wir heute?

Die Begriffe «Rapid Prototyping» und «3D-Druck» überschneiden sich teilweise, seitdem es die moderne Hightech Druck-Methode gibt. So wurde die moderne 3D-Druck Technik anfänglich mit dem obigen Fachwort assoziiert.

Auf diese Weise ist aktuell die vorgängige Aufgabe der superschnellen Prototyp-Fertigung effektiv gelöst. Wichtige Fachkräfte wie Produktdesigner*innen, Ingenieur*innen und Architekt*innen können heutzutage Kundenwünsche innerhalb kürzester Zeit plakativ und direkt «begreifbar» entwerfen.

Jetzt wächst der technische Fortschritt auf dem Praxisfeld der 3D-Druck Technologie weiterhin rapide. Somit gingen verwandte Anwendungsgebiete wie das Rapid Tooling und das Rapid Manufacturing daraus hervor. Inzwischen ist nahezu jedes Design mittels CAD-Programmen und 3D-Druck visuell und haptisch darstellbar.

Da die Prototypen in kleinen Mengen erforderlich sind, ist die 3D-Druck Technik als Baustein der Produktentwicklung gegenwärtig die rentabelste Fertigungsvariante.

3 D Druck mit Rapid Prototyping
3 D Druck mit Rapid Prototyping

Vor welchen Herausforderungen steht die 3D-Druck Erstellung von Prototypen?

Mit lediglich 30 «Lebensjahren» seit Beginn seiner Einführung steht der moderne 3D-Druck vor vielerlei Herausforderungen. Innerhalb des zurückliegenden Jahrzehnts hat jedoch gerade diese Spezialbranche einen riesigen Satz nach vorn gemacht.

Der technologische Fortschritt umfasst nicht zuletzt signifikante Verbesserungen der technischen Systeme hinsichtlich ihrer Flexibilität und Druckgeschwindigkeit. Darüber hinaus sind mittlerweile vielfältige Grundmaterialien inklusive mehrfacher Kombinationsmöglichkeiten verfügbar. Letztlich sind mit der Zeit mannigfaltige Automatisierungslösungen entwickelt worden.

Für das Wachstum des technischen Knowhows und dessen Umsetzung für die additive Fertigung von Prototypen verbleiben beachtliche Challenges:

  • weitere Verbesserungen der Effizienz und Druckgeschwindigkeiten
  • Optimierung der Werkstoffe und Beseitigen von Inkonsistenzen bei der Festigkeit des gedruckten Materialgefüges
  • Verringern manueller Nachbesserungen bei 3D-gedruckten Prototypen
  • Realisieren vorliegender Softwareanforderungen beim Strukturieren und Verarbeiten von Daten
  • Aufhebung noch vorhandener Mängel bei der Standardisierung interner sowie übergreifender Branchenlösungen
  • Meistern von Herausforderungen beim effektiven Workflow
  • Perfektionierung bei der Integration von zusätzlichen Systemkomponenten (AM-Ökosystem)

Das kostensparende Rapid Prototyping mit Vorteilen und Nachteilen

Das effiziente Prototyping ist das Herzstück innerhalb einer zeitgemässen, profitablen Produktentwicklung. Wegen der zahlreichen Wettbewerber*innen kann – im Extremfall – ein langes Andauern bis Einführung des Artikels zur Insolvenz des Herstellers beitragen. Last, but not least ist darum die schnelle Technik des 3D-Drucks mit mancherlei Vorteilen für die Wirtschaftsunternehmen verbunden.

Die Benefits einer raschen Erstellung von Prototypen auf Basis des 3D-Drucks liegen somit auf der Hand:

  • Das additive Fertigen ist zügiger ausführbar und anpassbarer als subtraktive Verfahren wie beispielsweise die CNC-Frästechnik.
  • Ein fixes Prototyping mittels 3D-Druck ist kosteneffizienter für hochkomplexe Bauelemente beziehungsweise komplette Baugruppen.
  • Es vergeht weitaus weniger Zeit zwischen der Erstellung unterschiedlicher Versionen eines bestimmten 3D-Druck Prototypen.
  • Die allermeisten Programmmodule zum Bearbeiten von 3D-Druck Dateien ermöglichen komfortable Synchronisations-Optionen.
  • Die anwenderfreundliche Systemsteuerung des 3D-Drucks ist besser ausgestaltet als eine vergleichbare Benutzeroberfläche für die CNC-Bearbeitung.
  • Additive Fertigungsprozesse wie das 3D-Drucken schöpfen jedes Gramm von Rohstoffen bestens aus.
  • Insgesamt vollzieht sich das 3D-Druckverfahren ökologisch nachhaltiger. Gerade dies ist optimal für die Erhaltung einer intakten Umwelt.

So effektiv und kostensparend das 3D-Druck Prototyping immer ist, einige Nachteile gibt es. Allein die Investitionen für die notwendige Infrastruktur (EDV, Grundmaterialien, Maschinen) sind finanziell aufwändig. Der am meisten ins Gewicht fallende Nachteil ist die bislang langwierige Anfertigung von Prototyping Testmodellen mit einem komplizierten Schichtaufbau. Auf diesem spezifischen Praxisfeld sind somit erhebliche Verbesserungen nötig.

Zu guter Letzt zwei Anwendungsbeispiele

Der 3D-Druck Modellbau gewährleistet innerhalb der Fahrzeugherstellung die rapide Entwicklung komplexer, individualisierter Bauteile – zunächst zu experimentellen Zwecken in den Industrielaboren.

Im Rahmen eines leistungsfähigen Gesundheitswesens werden hochmoderne Prototyping Fertigungen zielgerichtet zum Optimieren von Implantaten und Prothesen eingesetzt.

Die schnelle Prototyping Fertigung – Ein Fazit

Die zeitnahe Erstellung von experimentellen Prototypen (Modellen) auf Grundlage des 3D-Drucks ist ein essenzieller Baustein innerhalb der modernen, kosteneffizienten Produktentwicklung.

Das Thema Rapid Prototyping im Web

… und auf raeber-blog.ch

21.6.2022 / Autorenteam, Robert W. Müller

Spritzgiessen, Spritzguss: Hintergründe hier im Vordergrund

Viele Dinge im Leben scheinen selbstverständlich. Wie wertvoll sie sind, merken wir oft erst, wenn sie fehlen. In diesem Blog möchte ich auf eine Dienstleistung im Formenbau eingehen, die uns im Alltag näher ist, als wir denken: Spritzguss respektive Spritzgiessen.

Diese Themen erwarten Sie in diesem Artikel:

Hergestellt durch Spritzguss, Spritzgiessen: Schlüssel
Dinge des Alltags, hergestellt durch den sogenannten Spritzguss, resp. Spritzgiessen

Produkte aus Kunststoff verwenden wir täglich

Wir arbeiten mit ihnen. Im Geschäft, zuhause, überall. Sie machen uns in der Regel das Leben leichter. Nur selten fragen wir uns, wie diese Produkte überhaupt hergestellt werden. Zum Beispiel Handys und Telefone. Sie sind so selbstverständlich geworden. Einzigartig, jedes in einer anderen Form und mit einem eigenen Design.

Handlichkeit und modernes Aussehen, das wir schnell mal kaufen und nutzen.

Bis neue Geräte kommen. Dann verkaufen oder entsorgen wir das alte wieder. Telefone und Handys. Diese erhalten ihr Aussehen in der Regel durch eben diesen Spritzguss.

Wie spritzgiessen funktioniert? Hier ein kleiner Überblick:

Grundlage für den Spritzguss: Granulat
Grundlage für den Spritzguss: Granulat

Gegenstände aus unterschiedlichen Kunststoffen herstellen

Spritzgiessen ist ein Verfahren, wodurch Gegenstände wie das eben erwähnte Handy, aus unterschiedlichsten Kunststoffen mit hoher Genauigkeit und in kurzer Zeit hergestellt werden können.

Materialien und Oberflächenstruktur können beliebig gewählt und angepasst werden. Die Spritzgiess-Maschine verflüssigt die gewünschte thermoplastische Masse und spritzt sie in einen entsprechend geformten Hohlraum, auch Negativform genannt. Diese bestimmt auch die Oberfläche des Produktes. So werden Kunststoffteile in annähernd beliebigen Formen und jeder Grösse auch in grosser Stückzahl hergestellt.

Hochwertige Spritzgiessmaschinen als Voraussetzung

Ein solches Verfahren erfordert technisch komplexe Anlagen, die auf dem neuesten Stand sind. Je nach Menge der Formmasse und je nach Druck, mit der diese eingespritzt werden soll, variiert die Technik dieser Spritzguss-Maschinen und auch ihre Grösse.

Hochwertige Kunststoff-Spritzgiessmaschinen sind die Grundvoraussetzung für die Herstellung von Qualitätsprodukten aus Kunststoff.

Mit der Dienstleistung Spritzguss erhalten angehende Produkte ihre eigene Form. Zugegeben, das sind wir uns wirklich zu wenig bewusst. In einer Zeit, wo alles schneller und billiger produziert werden kann, ist das ja auch kein Wunder. Oder?

Das Thema Spritzgiessen im Web

Autor und redaktionelle Leitung raeber-blog.ch

Andreas Räber, Marketingspezialist
Andreas Räber, Marketingspezialist

Andreas Räber ist GPI®-Coach und Online-Marketing-Spezialist, kreativer Querdenker, sowie Autor von zahlreichen Blogs, Fachartikeln und Kurzgeschichten aus den Bereichen Beruf, Industrie und Leben. Er ist Inhaber der Ratgeber und Webplattformen industrie-produkte.ch und kmu-marketing-blog.ch .

 

 

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