Spritzgießen versus 3D-Drucken: Komplementäre, nicht konkurrierende Technologien

Es ist viel darüber geschrieben worden, wie die additive Fertigung die Spritzgusstechnik bei der Massenproduktion von Endverbrauchen in großem Maßstab ersetzen kann. Es stimmt zwar, dass die Fortschritte im 3D-Druck die Mengennadel weiter nach rechts verschoben haben, insbesondere bei der Verwendung der Hochgeschwindigkeitsextrusionstechnologie auf einer Flotte von parallel arbeitenden 3D-Druckern, aber es wird für jedes 3D-Druckverfahren – FDM, SLA, SLS oder sogar Hochgeschwindigkeitsextrusion – nicht leicht sein, das Spritzgießen in der Massenproduktion von Großserienanwendungen jemals wirklich zu ersetzen. Es gibt Unterschiede in der Oberflächenbeschaffenheit, bei den Materialeigenschaften und bestimmten Aspekten des Produktdesigns, die bei 3D-Druckverfahren im Vergleich zum Spritzgussverfahren optimiert werden können.

Es gibt Fälle, in denen der 3D-Druck zu bevorzugen ist, wie z. B. bei der Herstellung von kleinen Serien von Teilkomponenten, anwenderspezifischen Produkten mit einem Logo oder einer Seriennummer oder um Funktionen oder interne Merkmale hinzuzufügen, deren Produktionskosten mit anderen Technologien prohibitiv wären. Im Allgemeinen ist Essentium der Ansicht, dass die additive Fertigungstechnologie eher als Ergänzung, denn als Konkurrenz zum Spritzgießen zu betrachten ist.

Wann ist Spritzgießen besser als 3D-Druck?

Die Hersteller setzen Spritzguss ein, um sehr große Volumen identischer Einheiten zu produzieren. Es werden jedoch gewöhnlich mehrere Iterationen über Wochen und Monate und viel Geld benötigt, um das richtige Gussdesign zu erstellen. Kann eine Flotte von 3D-Druckern hunderttausende Wasserflaschen, Monopoly™-Haus- und Hotelspielfiguren oder Armlehnenverkleidungen für Fahrzeuge herstellen? Vielleicht, aber das ist sicher nicht der optimale Verwendungszweck der Technologie. In der Massenproduktion mit Werkzeugen, die für Millionen von Spritzvorgängen ausgelegt sind, ist sie im Vergleich zum Spritzguss hinsichtlich der Kosten und Stückzahlen nicht konkurrenzfähig.

Dennoch gibt es eine Reihe von Möglichkeiten, die additive Fertigung als Grundlagentechnologie zu nutzen, um beim Spritzgießen bessere Ergebnisse zu erzielen:

Schnelle Prototypen und Prüfungen

Mit einem 3D-Drucker können schnell und kostengünstig Prototypen gedruckt werden, bis das endgültige Design erreicht ist und bevor eine teure Gussform verwendet wird. Darüber hinaus sind die meisten Materialklassen des Spritzgusses auch als additive Fertigungsfilamente erhältlich und die Hersteller können ein bestimmtes IM-Produktionsharz in ein Filament umwandeln lassen. Die aus diesem anwenderspezifischen Harz gedruckten Teile können auf Passform, Festigkeit und Beständigkeit gegenüber UV, Chemikalien, Lösungsmittel und Schleifmittel geprüft werden. Mit 3D-Druck gefertigte Prüflinge können den Witterungseinflüssen ausgesetzt werden, auf Farbechtheit geprüft oder der Nachbearbeitung von Oberflächen unterzogen werden, um vorhersehbare Ergebnisse für das endgültige Spritzgussprodukt zu erhalten. Genau auf diese Weise hat Essentium zur schnellen Entwicklung von Gesichtsmasken für die Bekämpfung der COVID-19-Pandemie beigetragen.

Brücke zur Massenproduktion

Wenn das Design genehmigt wurde, können die 3D-Drucker sofort die benötigten Mengen anwenderspezifischer Teile für die ursprünglichen Produktionsläufe herstellen. Verschaffen Sie sich einen Vorsprung bei der Fertigung und Montage im Vergleich zu der Zeit, in der die Gussform hergestellt wird, denn das ist in der Regel ein langwieriger Prozess, der von der Komplexität des Teils abhängt. Oder beginnen Sie sofort mit dem Design des nächsten Elements, das später im Lebenszyklus des Teils verwendet wird, wie z. B. die Inspektions- oder Montagebefestigungen. Ein aktuelles Beispiel für den 3D-Druck als Brücke zur Massenproduktion ist die Produktion von COVID-19 PSA.

Zu Beginn der Pandemie schloss sich die 3D-Druck-Community zusammen, um dringend benötigte Gesichtsmasken, Schutzschilde oder Teile von Beatmungsgeräten zu kaufen. Nachdem das endgültige Design genehmigt worden war, wurden die herkömmlichen Gussformen gefertigt. Wenige Monate später, als große Mengen an spritzgegossenen Gesichtsmasken, Schutzschilden und Ventilatorenteilen die Produktionsbänder verließen, explodierten die Lagerbestände. In der Zwischenzeit füllten die Flotten der 3D-Drucker die Lücke und stellten weiterhin PSA für die Erste Hilfe her, bis die spritzgegossenen Werkzeuge fertig waren.

Qualitätskontrolle und Inspektion

Nachdem die Teile aus der Spritzgussmaschine genommen wurden und abgekühlt sind, müssen Größe und Form überprüft werden, um sicherzustellen, dass die Spezifikationen eingehalten werden. Bei Go/No-Go-Prüfungen wird sichergestellt, dass das Teil innerhalb der festgelegten Toleranzen liegt und mangelfrei ist, bevor es in den Montageprozess geht. Montagevorrichtungen sind ein weiteres Beispiel für die präzise Positionierung, die korrekte Ausrichtung an anderen Teilen oder am Werkzeug und es gibt zahllose andere Anwendungen. Anstatt diese Prüfvorrichtungen aus Metallblöcken oder Delrin® zu fertigen, werden 3D-Drucker eingesetzt, um schnell kostengünstige Hilfsmittel aus leichten Polymeren herzustellen. Außerdem können sie mit ESD-sicheren, nicht brüchigen Materialien gedruckt werden, um das zu prüfende oder zu befestigende Teil vor Kratzern und Beschädigungen zu schützen.

Obwohl das 3D-Drucken tatsächlich eine Brücke zur einem besseren Spritzgussteil darstellt, bleibt festzustellen, dass die additive Fertigung inzwischen so ausgereift ist, dass sie für das Drucken großer Mengen anwenderspezifischer Teile eingesetzt werden kann und sogar für die Herstellung von Gussformen für Spritzguss-Produktionsläufe mit kleinen Stückzahlen genutzt werden kann. Das sind jedoch Themen für einen anderen Blog. Wenn Sie in der Zwischenzeit mehr darüber erfahren möchten, wie die Hochgeschwindigkeitsextrusion von Essentium Ihre Spritzgießfertigungsprozesse ergänzen kann, sehen Sie sich dieses Webinar an. Hier erklärt einer unserer Materialexperten die Möglichkeiten von AM für die Werkzeugherstellung, die Kriterien für die Auswahl geeigneter Materialien und die grundlegenden Aspekte des Designs.

Essentium, Inc. bietet industrielle 3D-Drucklösungen an, die herkömmliche Herstellungsprozesse aufbrechen, indem sie Produktstärke und Produktionsgeschwindigkeit in großem Umfang mit einem kompromisslosen Satz an Werkstoffen vereinen. Essentium produziert und liefert innovative industrielle 3D-Drucker und Materialien, die es den weltweit führenden Herstellern ermöglichen, die Lücke zwischen 3D-Druck und Bearbeitung zu schließen und die Zukunft der additiven Fertigung zu nutzen. Essentium, Inc. ist nach ISO 9001:2015 und ITAR zertifiziert. Kontaktieren Sie uns noch Heute.