Spritzgießen von Kleinserien Beste Teilequalität – trotz Rapid-Prototyping-Prinzip

Autor / Redakteur: Volker Müller und Steffen Hachtel / Peter Königsreuther

Die Jacob GmbH, Kernen und der Kunststoffspezialist Hachtel, Aalen haben das Kleinserienspritzgussverfahren optimiert. Es lassen sich nun – quasi unter Rapid Manufacturing (RM) Bedingungen - anspruchsvollste und filigrane Bauteile auf der Basis von teilkristallinen Kunststoffen in allerhöchsten Qualitäten, seriennah und kostengünstig umsetzen.

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Die Jacob GmbH und der Kunststoffspezialist Hachtel haben das Kleinserienspritzgussverfahren optimiert. Quasi unter Rapid Manufacturing (RM) Bedingungen, können so anspruchsvolle, filigrane Bauteile auf der Basis von teilkristallinen Kunststoffen in höchster Qualität gefertigt werden.
Die Jacob GmbH und der Kunststoffspezialist Hachtel haben das Kleinserienspritzgussverfahren optimiert. Quasi unter Rapid Manufacturing (RM) Bedingungen, können so anspruchsvolle, filigrane Bauteile auf der Basis von teilkristallinen Kunststoffen in höchster Qualität gefertigt werden.
(Bild: Jacob)

Hintergrund der Idee: Insbesondere bei Bauteilen auf der Basis teilkristalliner Kunststoffe wie etwa Polyamid (PA) sind die gefertigten Qualitäten des Rapid Manufacturing in aller Regel nicht ausreichend um prüffähige Kleinserien zu fertigen. Jacob und Hachtel bieten das Verfahren als Dienstleistungsalternative zu konventionellen Rapid-Manufacturing-Verfahren an.

Time-to-Market als Erfolgsfaktor

„Time-to-Market“ ist in der Produktneu- und -weiterentwicklung ein wesentlicher Erfolgsfaktor. Allen erfolgreichen Entwicklungsprojekten ist gemeinsam, dass bereits in frühen Stadien die angestrebten Produkteigenschaften anhand von Prototypen erwogen und abgesichert werden konnten. Je ähnlicher die Prototypen den Serienbauteilen sind, desto besser können die Eigenschaften, das Bauteilverhalten sowie das spätere Handling erprobt werden. Hierzu zählen auch der effektive und Abfall vermeidende Materialeinsatz und die Darstellung unterschiedliche Kundenanforderungen.

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Kein Wunder hat sich der schnelle Prototypenbau von Kunststoff-Bauteilen sehr erfolgreich am Markt etabliert. Neben dem Erstellen von Modellen als Anschauungsmuster, können diese als Urform für spätere Abguss-Verfahren eingesetzt werden. Es gibt eine Vielzahl von Fertigungsverfahren, die unter dem Begriff Rapid Manufacturing zusammengefasst werden. Ziel ist dabei nicht nur die Erstellung von Prototypen, als vielmehr die seriennahe Fertigung von funktionalen Bauteilen.

Technische Grenzen erweitert

Die beim Rapid Manufacturing heute verwendeten Verfahren vom Multi Jet Modeling (MJM), über den Polyamidguss bis hin zum Selektiven Lasersintern (SLS) haben jedoch einen ganz entscheidenden Nachteil: Bei der Fertigung komplexer und filigraner Kunststoffteilen auf der Basis von teilkristallinen Kunststoffen, wie eben Polyamid, stoßen diese Verfahren an ihre technischen Grenzen und zu ungenügenden Ergebnissen. Die gefertigten Kleinserien werden ungenau produziert, die Oberflächen sind nach dem Erstarren der Schmelze porös. Die Abweichungen von den CAD-Modell-Vorgaben sind teilweise erheblich. Von einer seriennahen Fertigung kann keine Rede sein. Rückschlüsse auf die spätere Serienfertigung können auf Basis dieser Prototypen nur sehr eingeschränkt gemacht werden.

Die Firma Jacob als Anbieter elektrotechnischer Anwendungen wie z.B. Kabelverschraubungen, setzte bislang entsprechend diverse Prototyping-Verfahren ein. Da hier ein großer Anteil technischer Kunststoffe, genauer gesagt teilkristalliner Kunststoffe verarbeitet wird, musste teilweise mit sehr unbefriedigenden Prototyping- Ergebnissen gearbeitet werden.

Kleinserien-Spritzguss erschließt Fertigungs-Neuland

Vor diesem Hintergrund hatte Jacob zusammen mit Hachtel ein gemeinsames Prototyping-Projekt für die Produktion eines Klemmenkorbs einer Kabelverschraubung gestartet. Das erklärte Ziel der beiden Unternehmen war es, in kürzester Frist prüffähige Teile zu einem vernünftigen Preis zu erhalten. Die Firma Hachtel entwickelte hierzu das manuelle Kleinserienspritzgussverfahren weiter.

Das Ergebnis ist vielversprechend und kann zeit- und kostenmäßig mit klassischen Prototyping Verfahren mithalten. Im ersten Projektdurchlauf konnte nicht nur der angestrebte Zeitrahmen von 2,5 Wochen eingehalten werden auch der Kostenrahmen von 3000 Euro zur Erstellung des Werkzeugs wurde unterboten. 100 Bauteile wurden unter Verwendung des vorgegebenen, ungefüllten Polyamids ohne relevanten Verschleißeffekt produziert. Eine mittels 3D- Scans durchgeführte Teilevermessung zeigte Abweichungen der Teile gegen das 3D- Modell von weniger als 0,1 mm.

Positives Fazit:

Auf der Basis des von Hachtel weiterentwickelten manuellen Kleinserienspritzgussverfahren ist es gelungen unter Rapid Manufacturing Bedingungen eine seriennahe Baureihe, mit 100 Stück Ausbringung in kürzester Zeit und kostengünstig zu realisieren. Jedoch mit dem entscheidenden Vorteil, dass sich das Verfahren auch für teilkristalline Kunststoffe und hochkomplexe Kunststoffteile eignet. In dieser Form bietet das Hachtel-Kleinserien-Spritzgussverfahren durchaus eine Alternative zu den werkzeuglosen 3D-Prototypingverfahren. Perspektivisch lässt sich das Verfahren zeitlich noch optimieren, denn in einzelnen Prozessschritten, wie etwa Beauftragung und Bereitstellung, steckt durchaus noch Potenzial. Für viele F & E-Abteilungen in der kunststoffverarbeitenden Industrie dürfte sich also in puncto Prototyping in den nächsten Jahren noch einiges tun.

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Jacob und Hachtel bieten das neue Verfahren als zeitnahe Dienstleistung an. Schluss mit Lösungen, die nicht die 100-%-ig funktionieren, und her mit wirtschaftlich interessanteren Lösungen für kleine Stückzahlen mit kurzen Entwicklungszeiten. MM

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