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Obwohl sie überall zu finden sind, weiß nicht jeder, wie sie entstanden sind. Tatsächlich gibt es in der Welt der Fertigung acht verschiedene Methoden zur plastischen Umformung.
Jedes wird aus einem bestimmten Grund verwendet, obwohl sie manchmal in Kombination verwendet werden können, um komplexere Fertigteile herzustellen.
Heute werfen wir einen genaueren Blick auf die acht besten Kunststoffverarbeitungsmethoden und die Anwendungen, für die sie am besten geeignet sind.
1. Kunststoffspritzguss
Was ist Kunststoffspritzguss? Beim Kunststoffspritzguss handelt es sich um eine großvolumige Fertigungsmethode, bei der ein flüssiges Kunststoffharz in den leeren Hohlraum eines Formwerkzeugs eingespritzt wird und so die Form der Innenfläche annimmt. Wenn dieses Harz abgekühlt und verfestigt ist, öffnet sich das Formwerkzeug, das fertige Teil wird ausgeworfen und der Vorgang wiederholt sich.
Kunststoffspritzguss hat sich als stabiles und zuverlässiges Produktionsverfahren für große Stückzahlen erwiesen und stellt mehr als 80 % der gängigen Kunststoffartikel her, denen wir täglich begegnen.
Was sind die Vor- und Nachteile? Der Vorteil von PIM besteht darin, dass Millionen identischer Teile schnell, mit hervorragender Oberflächengüte und zu geringen Kosten hergestellt werden können. Formen können jedoch je nach Teilegeometrie teuer und komplex sein. Um Fehler zu vermeiden und die Teilequalität und Verarbeitungsgeschwindigkeit zu optimieren, ist eine sorgfältige Konstruktion der Form erforderlich.
2. Rotationsformen (Roto-Formen).
Was ist Rotationsformen? Beim Rotationsformen wird ebenfalls ein Formwerkzeug verwendet, das aus einer Kernseite und einer Hohlraumseite besteht. Der Herstellungsprozess unterscheidet sich jedoch deutlich vom Spritzguss.
Das Kunststoffpulver wird zunächst in den Hohlraum der Form gegossen und anschließend wird die Form in einen Ofen gestellt. Während die Form erhitzt wird, wird sie langsam um zwei Achsen gedreht. Die Schwerkraft wird genutzt, um den Kunststoff an den Werkzeugwänden zu befestigen und die richtige Dicke aufzubauen.
Abschließend wird die Form aus dem Ofen genommen und langsam abgekühlt, um ein Verziehen zu verhindern. Das vollständige Abkühlen kann mehrere Minuten dauern. Danach wird das Werkzeug geöffnet und das Teil für den nächsten Zyklus entnommen.
Was sind die Vor- und Nachteile? Rotationsformen ist ideal für die Herstellung großer, hohler oder konkaver Formen, oft für den Außenbereich wie Kanus, Wannen oder Wasserspeichertanks.
Die fertigen Teile sind spannungsfrei und haben keine Nähte, sodass sie stabil sind, und die Werkzeuge sind relativ einfach und kostengünstig herzustellen. Der Nachteil besteht darin, dass die Werkzeuge nicht länger als ein paar tausend Zyklen halten, bevor sie ausgetauscht werden müssen, und die Qualität der Teileoberfläche bestenfalls durchschnittlich ist, sodass sie nicht für Präzisionsformen geeignet sind.
3. Extrusionsblasformen
Was ist Extrusionsblasformen? Geschmolzener Kunststoff wird in Form eines großen Tropfens, eines sogenannten Vorformlings, in eine zweiteilige Zweischalenform gegeben.
Nach dem Schließen der Form wird der Vorformling wie ein Ballon aufgeblasen, bis er den leeren Hohlraum ausfüllt. Da die Wände der Form wassergekühlt sind, verfestigt sich der Kunststoff schnell und das Teil kann ausgeworfen werden.
Was sind die Vor- und Nachteile? Dies ist die gebräuchlichste Methode zur Herstellung dünnwandiger, kostengünstiger Behälter wie Einweg-Trinkbecher oder -flaschen. Es ist schnell und die Werkzeuge sind einfach herzustellen, aber die Teile können nicht sehr komplex oder mit hoher Präzision hergestellt werden.
4. Spritzblasformen
Was ist Spritzblasformen? Beim Spritzblasformen wird das geschmolzene Harz mithilfe von Gasdruck in einen Formhohlraum gedrückt.
Der Prozess ist leicht kontrollierbar und wiederholbar und wird häufig für transparente Plastiktrinkflaschen verwendet. Es sorgt für eine hervorragende Oberflächenqualität, ist jedoch nicht ideal für dünne Wände.
PET (Polyethylenterephthalat) oder PEEK (Polyether-Ether-Keton) sind aufgrund ihrer Klarheit und Haltbarkeit die typischen Harze für Trinkflaschen und gelten als sicher für Verbrauchsmaterialien. Sie lassen sich auch leicht recyceln.
5. Reaktionsspritzguss (RIM)
Was ist Reaktionsspritzguss? RIM wird am häufigsten in der Automobilindustrie eingesetzt, da hier leichte Teile mit einer steifen Haut hergestellt werden. Diese Haut lässt sich leicht lackieren, um Karosserieteile, Armaturenbretter und andere Autoteile herzustellen. Allerdings funktioniert das Thermoformen von Kunststoffen bei diesem Verfahren nicht. Stattdessen wird für diesen Prozess duroplastischer Kunststoff benötigt.
Duroplastische Kunststoffe unterliegen im Inneren der Form einer irreversiblen chemischen Reaktion. Dies führt normalerweise dazu, dass sie sich wie Schaum ausdehnen und einen Formhohlraum füllen. Wenn die chemische Reaktion abgeschlossen ist, erstarrt der Kunststoff in seiner endgültigen Form.
Was sind die Vor- und Nachteile? Die Werkzeugkosten für Prototypen sind relativ niedrig, während die Produktionswerkzeuge mäßig teuer sind. Der Hauptkostenaufwand liegt im Material, wobei zu berücksichtigen ist, dass das resultierende Teil immer nachbearbeitet werden muss, in der Regel mit einem Gelcoat auf Urethanbasis oder durch Lackieren. Daher ist der Prozess arbeitsintensiver, was den Stückpreis erhöht.
6. Vakuumguss
Was ist Vakuumgießen? Vakuumgießen ist eine gute Wahl für die Herstellung einer kleinen Anzahl hochwertiger Rapid-Prototypen ohne große Investitionen in Werkzeuge oder Material.
Ein Urmodell eines starren Festkörpers (häufig handelt es sich dabei um ein 3D-gedrucktes Urmuster) wird in eine versiegelte Box gelegt, die dann mit einem flexiblen Urethan oder Silikon gefüllt wird. Beim Entfernen des Masters entsteht in der Form ein Hohlraum, der nun mit Kunststoffharz gefüllt werden kann, um eine Kopie des Originals zu erstellen. Mithilfe von Vakuumdruck wird Luft aus der Form gezogen, sodass diese sich vollständig und ohne Luftblasen füllt.
Bei diesem Verfahren sind die Oberflächengüte und -details hervorragend und gießbare Harze können viele technische Kunststoffe imitieren. Beachten Sie auch, dass die gießbaren flüssigen Harze nicht ganz mit den beim Kunststoffspritzguss verwendeten Gegenstücken identisch sind. Im ersten Fall werden Harze durch eine chemische Reaktion mit einem Härter verfestigt, nicht durch Abkühlen.
Was sind die Vor- und Nachteile? Polyurethan-Vakuumguss ist schnell, da ein Silikonformwerkzeug in nur wenigen Tagen hergestellt werden kann. Es erfordert eine viel geringere Anfangsinvestition und die Wiedergabetreue der Kopien ist ausgezeichnet – selbst bei der Erfassung feinkörniger Texturen.
Der Nachteil besteht darin, dass die Werkzeuge zerbrechlich sind, mit den Chemikalien im Harz reagieren und nach etwa 20 Kopien ausgetauscht werden müssen.
7. Thermoformen
Was ist Thermoformen? Dabei handelt es sich um eine Form des Vakuumformens, bei der eine dünne oder dicke Kunststofffolie über eine Matrize gelegt, auf eine Temperatur erhitzt wird, die es dem Material ermöglicht, biegsam zu werden, und dann unter Vakuumdruck über die Oberfläche der Matrize gespannt wird das Blatt nach unten und in seine endgültige Form.
Dieser Vorgang kann auch mit einfachen Matrizen und sehr einfacher Ausrüstung durchgeführt werden. Es wird häufig bei Mustern und Prototypen dünnwandiger Hohlkörperteile eingesetzt.
In der Industrie wird es für Plastikbecher, Deckel, Schachteln und Kunststoff-Clamshell-Verpackungen sowie für Autokarosserieteile aus dickerem Material verwendet. Für dieses Verfahren eignen sich nur thermoformbare Kunststoffe, nicht jedoch Duroplaste, da das Material bei Hitze erweichen und beim Abkühlen wieder fest werden muss.
Was sind die Vor- und Nachteile? Thermoformen ist sehr kostengünstig und kann mit einfachen Geräten durchgeführt werden. Tatsächlich nutzen sogar Baumärkte und Heimwerker das Thermoformen zur Herstellung von Modellen und Prototypen. Der Prozess ist außerdem sicher, da keine schädlichen Chemikalien oder hohen Temperaturen zum Einsatz kommen.
Es eignet sich jedoch nur für die Herstellung einfacher Formen und schrumpft nach dem Abkühlen des Materials erheblich, sodass es sich nicht um eine hochpräzise Anwendung handelt. Außerdem wird das relativ dünne Kunststoffmaterial benötigt, obwohl viele Platten nach dem Formen zusammenlaminiert werden können, um ein steiferes Endprodukt zu erhalten.
8. Formpressen
Was ist Formpressen? Das Rohmaterial, normalerweise eine Art Elastomer oder Polyurethan, wird vorgewärmt und in den offenen Hohlraum einer Form gegeben. Mit einer Kappe oder einem Stopfen wird die Matrize verschlossen und Hitze und Druck ausgeübt, wodurch der Kunststoff aushärtet. Dieses Verfahren eignet sich hervorragend für Tastaturschalter, Dichtungen, O-Ringe und andere weiche, biegsame dünnwandige Teile aus Gummi.
Was sind die Vor- und Nachteile? Es ist relativ kostengünstig und verschwendet wenig Material, obwohl die Kontrolle der Konsistenz des fertigen Teils schwierig sein kann und bei der Vorbereitung des ersten Formentwurfs große Sorgfalt erforderlich ist. Die Herstellung einer Formpressform ist viel einfacher und kostengünstiger als die Herstellung eines Kunststoffspritzgusswerkzeugs, und für diesen Kunststoffherstellungsprozess können relativ einfache Geräte verwendet werden.
Welche Materialien werden bei der Kunststoffherstellung verwendet? Es sind über 10.000 verschiedene Arten von Kunststoffharzen im Handel erhältlich, von denen jede speziell formuliert wurde, um ganz bestimmte chemische und mechanische Eigenschaften zu erreichen.
Obwohl wir sie unmöglich alle aufzählen können, gibt es zehn große Gruppen, die den Großteil der Industrie- und Konsumgüter ausmachen. Dies sind: Polyamid, Acryl, Polycarbonat, POM, Polystyrol, ABS, Polypropylen, Polyethylen, Polyurethan und thermoplastischer Gummi.
Kunststoffhersteller können auch Glas- oder Kohlefasern hinzufügen, um die Festigkeit und Steifigkeit zu erhöhen, oder zwei oder mehr Harze miteinander mischen, um ihre Eigenschaften zu kombinieren. Diese Kunststofftypen bieten eine ganze Reihe von Vorteilen, darunter Festigkeit, Schlagfestigkeit, Flexibilität, chemische Beständigkeit, geringes Gewicht, Zähigkeit und optische Klarheit.
