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In 5 Schritten zum perfekten Prototyp – wie Sie mit 3D-gedruckten Formeinsätzen perfekte Kunststoffteile herstellen

Der 3D-Druck erfreut sich größter Beliebtheit und die Industrie ist begeistert von dem Rapid-Prototyping-Verfahren. Doch neben der schnellen Herstellung von Prototypen aus dem 3D-Drucker rückt vor allem der „Gegenpart“ immer weiter in den Fokus: 3D-gedruckte Werkzeugeinsätze bieten neue Möglichkeiten und ergänzen das Portfolio der Rapid-Tooling-Verfahren.

Doch wie funktioniert die Herstellung von 3D-gedruckten Formeinsätzen und wie lassen sich diese für den Spritzguss einsetzen? Wir zeigen Ihnen die 5 Schritte für Ihre Werkzeugbau-Revolution!

SCHRITT 1: ENTWURF DER WERKZEUGKONSTRUKTION

Mit Hilfe vorliegender Artikeldaten fertigt man zunächst die Konstruktion der Formeinsätze an. Zur zentrierten sowie sicheren Aufnahme und Positionierung der später gedruckten Einsätze sollte eine Werkzeug-Stammform aus Aluminium oder Stahl verwendet werden. Der Angusseinsatz sollte dabei aus Stahl gefertigt sein. Über flächige Filmangüsse ist die direkte Mehrfachanbindung an die Formeinsätze gegeben, um so ein gutes Füllverhalten zu erzielen und den Verschleiß der Kunststoffkavität so gering wie möglich zu halten.

SCHRITT 2: HERSTELLUNG DER FORMEINSÄTZE IM 3D-DRUCK

Im 3D-Druck-Verfahren lassen sich anschließend die Formeinsätze aus diversen Materialien herstellen. Für die Herstellung von glatten Oberflächen müssen die Bauteile so optimal wie nur möglich ausgerichtet werden. Nachdem die Werkzeugeinsätze gedruckt wurden, wird das notwendige „Stützmaterial“ durch einen automatisch ablaufenden chemischen Prozess entfernt. Mit einer Fertigungszeit von einigen Stunden pro Formeinsatz werden diese quasi über Nacht hergestellt.

SCHRITT 3: NACHBEARBEITUNG DER FORMEINSÄTZE

Allgemein haben Formeinsätze aus dem 3D-Drucker den großen Vorteil, dass sie nur sehr wenig Nachbearbeitung benötigen. Passbohrungen, z. B. für Auswerfer und Angussdüsen, werden bei gedruckten Werkzeugen nachträglich aufgerieben. Um eine perfekte Planheit herzustellen, können Sie die Trennebene gegebenenfalls abschleifen. Für die einwandfreie Optik können Sie bei Bedarf zusätzlich die Oberflächen glätten. Um diese weiter zu perfektionieren, kann man die Formeinsätze beispielsweise auch polieren.

SCHRITT 4: MONTAGE

Genau wie bei einem herkömmlichen Standardwerkzeug lassen sich die Formeinsätze und Funktionselemente im Anschluss in ein kleines Stamm- oder Rahmenwerkzeug einbauen, welches dann wie beim konventionellen Spritzguss auf der Spritzgussmaschine montiert wird.

SCHRITT 5: SPRITZGUSSVERFAHREN

Das Spritzgussverfahren erfolgt wie üblich. Besondere Vorsicht ist lediglich bei Materialien geboten, die mit mehr als 250° Celsius im Spritzguss verarbeitet werden – diese verkürzen nämlich die Lebensdauer der Formeinsätze. Mit dem Rapid-Protoyping-Verfahren lassen sich erfahrungsgemäß zwischen 10 und 100 Kunststoffteile pro Einsatz herstellen. Wohlgemerkt sind diese Teile dann aus dem tatsächlich spezifizierten Serienmaterial gefertigt! Die fertigen Prototypen sind mehr als nur Einbaumuster oder Fotomodelle – sie sind ECHTE Prototypen, welche die erforderlichen Spezifikationen 1:1 abbilden.

BESONDERHEITEN BEI DER NUTZUNG VON WERKZEUGEINSÄTZEN AUS DEM 3D-DRUCKER

Die Massetemperatur und die Drücke sollten bei der Nutzung von 3D-gedruckten Formeinsätzen so niedrig wie möglich gehalten werden, um die Einsätze zu schonen. Da Kunststoffformen nur eine geringe Wärmeleitfähigkeit besitzen, müssen längere Abkühlzeiten eingehalten werden – diese können unter Umständen zur thermischen Schädigung des Materials in der Schnecke führen. Um ein „Anbacken“ des Materials im Werkzeugeinsatz zu vermeiden, sollte die Oberfläche der Formeinsätze nach jedem Schuss mit Druckluft oder Kältespray vollständig abgekühlt werden. Auch bestimmte Beschichtungen und Entformungshilfen können eingesetzt werden.

FAZIT

Neben der schnellen und einfachen Herstellung von Spritzgussformen sowie den geringen Kosten im Vergleich zu Stahl- oder Aluminiumformen hat das moderne Rapid-Tooling-Verfahren noch ein echtes Alleinstellungsmerkmal: Designänderungen sind in kürzester Zeit umsetzbar und die Auflage der zu druckenden Werkzeugeinsätze ist beliebig. Doch neben den vielen Vorteilen gibt es auch Grenzen bei den 3D-gedruckten Formeinsätzen: Kunststoffe mit hohen Verarbeitungstemperaturen über 250° Celsius und auch die Verwendung von komplexen Geometrien wie dünnen Stegen oder aufwendigen Details verkürzen die Lebensdauer der Form. Zudem ist ein umfangreiches Know-how im Bereich Spritzguss notwendig, um das Verfahren bestmöglich einsetzen und von allen Facetten profitieren zu können.

Sie interessieren sich für Prototypen aus dem 3D-Drucker? In unserem Blogbeitrag erfahren Sie, wie Sie schon jetzt vom 3D-Druck profitieren und das Rapid-Verfahren für Ihre Produktion nutzen.

Mehr zur Funktionsweise und Einsatzmöglichkeiten des 3D-Drucks finden Sie auch unter: https://www.hunold-knoop.de/prototypen


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