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Konstruieren für FormbarkeitAusgabe 1: Schnellspritzgießen

Ein Benutzerleitfaden zum Schnellspritzgießen für Ingenieure und Designer

INHALTSVERZEICHNIS

Was ist Spritzgießen? 2

Was ist Schnellspritzgießen? 3

Anwendungen des Schnellspritzgießens 3

Wandstärke 4

Entkernte Geometrie 4

Empfohlene Wandstärke 5

Verformung 5

Scharfe Ecken 6

Rippen 6

Dome 7

Formschräge 7

Formkern/Hohlraum 8

Auswirkungen der Bearbeitungstiefe 8

Textur 8

Form mit geradem Rückzug 9

Seitenschieber 9

Zwangsentformung 10

Lose Formeinsätze 10

Stahlkern-Stifte 10

Text 11

Kantenanguss 11

Identische Passteile 12

Toleranz 12

Auswahl eines Werksto� es 13

Farben auswählen 14

Kunststo� additive 14

2© Proto Labs 1999–2017 Proto Labs GmbH, Kapellenstraße 10, 85622 Feldkirchen, Deutschland | +49 (0) 89 905002 22

Konstruieren für FormbarkeitAusgabe 1

Was ist Spritzgießen?

1 Der Einfülltrichter ist mit Kunststo� granulat befüllt.

2 In einem beheizten Zylinder wird das Granulat in einen schmelzfl üssigen Zustand gebracht.

3 Mithilfe einer Schneckenvorrichtung wird das Polymer in eine Form gespritzt.

4 Das Teil kühlt ab und wird fest.

5 Die Form wird geö� net und das Teil ausgeworfen.

TEIL

WERKZEUG

KOLBEN

Einfülltrichter

Einspritzdüse

Material

SchneckeZylinder

Heizkörper

INHALTSVERZEICHNIS




Wandstärke 4



Verformung 5

Scharfe Ecken 6

Rippen 6

Dome 7

Formschräge 7

Formkern/Hohlraum 8


Textur 8


Seitenschieber 9

Zwangsentformung 10


Stahlkern-Stifte 10

Text 11

Kantenanguss 11


Toleranz 12






Was ist Schnellspritzgießen?Schnelle Herstellung von Spritzgusswerkzeugen• Formen werden aus Aluminium hergestellt• Sie werden in 3 Achsen CNC-gefräst• Selektiver Einsatz von Senkerodieren (EDM)• Teile in 1 - 15 Arbeitstagen• Möglichkeiten von Seitenschieber

und manuelle Einleger

• Einfache Möglichkeiten der Umspritzung

Anwendungen des Schnellspritzgießens • Verfeinern Sie Ihr Design mit echten

gegossenen Prototypteilen• Funktionsprüfung im Produktentwicklungszyklus• Testen Sie mehrere Werksto� e• Testen Sie mehrere Versionen• Machen Sie schnelle Wiederholungen• Bridge tooling• Kleinserienproduktion• 25 bis 10.000 Teile• Unterstützung bei Produktionsstillstand• Scheitern von Entwicklungsprojekten

Märkte, die Schnellspritzgießen nutzen• Medizintechnik • Konsumgüter

• Automobiltechnik • Haushaltsgeräte

• Elektrotechnik • Beleuchtung

• Luft-und Raumfahrtindustrie • Marine

INHALTSVERZEICHNIS




Wandstärke 4



Verformung 5

Scharfe Ecken 6

Rippen 6

Dome 7

Formschräge 7

Formkern/Hohlraum 8


Textur 8


Seitenschieber 9

Zwangsentformung 10


Stahlkern-Stifte 10

Text 11

Kantenanguss 11


Toleranz 12






Eine KernfrageKernen Sie Ihre Teile aus, um dicke Wände zu vermeiden. In einem guten Formteil erhalten Sie dieselbe Funktionalität

Mit dem Rücken zur Wand(stärke)Eine konstante Wandstärke - die wichtigsteDesignanforderung, um gute Formteilezu erhalten.

wie konstruiert wie gespritzt

Einsinkung

Entkernte Geometrie

Tipp: Ein gutes Spritzgussteildesign weist eine einheitliche Wandstärke auf, um dadurch ein mögliches Verformen und Verziehen von Teilen auf ein Minimum zu beschränken.

Tipp: Eine unnötige Dicke kann die Teileabmessungen zunichte machen, die Festigkeit reduzieren und eine Nachbearbeitung erforderlich machen.

Originalgeometrie

Entkernte Geometrie

INHALTSVERZEICHNIS




Wandstärke 4



Verformung 5

Scharfe Ecken 6

Rippen 6

Dome 7

Formschräge 7

Formkern/Hohlraum 8


Textur 8


Seitenschieber 9

Zwangsentformung 10


Stahlkern-Stifte 10

Text 11

Kantenanguss 11


Toleranz 12






Lassen Sie uns ans Limit gehenWandstärkeempfehlungen nach Kunststofftyp.

Bitte beachten: Hierbei handelt es sich um allgemeine Richtlinien, die je nach Teilegeometrie und Formkonstruktion variieren können. Große Teile sollten nicht mit der Mindestwandstärke konzipiert werden.

EmpfohleneKunststoff Wandstärke (in mm)

ABS 1.14–3.50

Acetal 0.76–3.05

Acryl 0.64–3.81

fl üssigkristallines Polymer 0.76–3.05

langfaserverstärkte Kunststo� e 1.90–2.54

Nylon (PA) 0.76–2.92

Polycarbonat 0.11–1.01

Polyester 0.64–3.17

Polyethylen 0.76–5.08

Polyphenylensulfi d 0.51–4.57

Polypropylen 0.64–3.81

Polystyrol 0.89–3.81

Polyurethan 2.03–3.81

Ein verzogener CharakterVermeiden sie scharfkantige Übergänge,die gießbedingte Spannungen verursachen.

Entwerfen Sie selbsttragende 3D-Strukturen.

Tipp: Allgemein verlangt Proto Labs eine Wandstärke zwischen 1.016 und 3.556 mm.

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Wandstärke 4



Verformung 5

Scharfe Ecken 6

Rippen 6

Dome 7

Formschräge 7

Formkern/Hohlraum 8


Textur 8


Seitenschieber 9

Zwangsentformung 10


Stahlkern-Stifte 10

Text 11

Kantenanguss 11


Toleranz 12






Spannungen vermeidenScharfe Ecken schwächen das Teil

• Sie verursachen durch den Kunststo� fl uss bedingte Spannungen.

• Sie erhöhen die Spannung in Ihrer Anwendung.

Ursache von Spannungen

Schlecht Besser

Für eine gute Verrippung sorgenUm Einsinkungen zu vermeiden, sollte die Rippenstärke nicht mehr als 60 % der Wandstärke betragen.

Tipp: Wenn Proto Labs eine größere Wandstärke an Ihrer 40-60% starken T-Wand vorschlägt, sollten Sie Ihre T-Wand vergrößern, um diese erhöhte Dicke zu kompensieren und so das Risiko von Einsinkungen zu reduzieren.

R 0.5 T

40–60% T

R1.5 T

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Wandstärke 4



Verformung 5

Scharfe Ecken 6

Rippen 6

Dome 7

Formschräge 7

Formkern/Hohlraum 8


Textur 8


Seitenschieber 9

Zwangsentformung 10


Stahlkern-Stifte 10

Text 11

Kantenanguss 11


Toleranz 12






Dünne Verstärkungen sind in • Vermeiden Sie dicke Bereiche

bei Schraubdomen.

• Dicke Bereiche können an ihrem Teil Einsinkungen und Hohlräume verursachen

Ja zu FormschrägeVerwenden Sie möglichst viel Formschräge (indem Sie die senkrechten Wände abschrägen) - so lassen sich die Teile leichter und ohne Schleif-oder Auswerferspuren auswerfen. Sie erhalten schneller bessere Teile.

OHNE FORMSCHRÄGE MIT FORMSCHRÄGE

SchlechteDome

Zu dickEinsinkung

Gut konzipierte Verstärkungen

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Wandstärke 4



Verformung 5

Scharfe Ecken 6

Rippen 6

Dome 7

Formschräge 7

Formkern/Hohlraum 8


Textur 8


Seitenschieber 9

Zwangsentformung 10


Stahlkern-Stifte 10

Text 11

Kantenanguss 11


Toleranz 12






Formkern/HohlraumVerwenden Sie bei Ihren Entwürfen stattRippen die Formkern/Hohlraum-Methode. Soerhalten Sie eine konstante Wandstärke stattWänden mit einer dicken Basis. Die Methodeermöglicht es uns, Formen mit besserenOberfl ächenfi nishs zu fräsen und in kürzererZeit bessere Teile zu liefern.

Tiefrippenmethode Formkern/Hohlraum Methode

Konstruieren für FormbarkeitPlanen Sie für Ihr Teil ausreichend Formschrägeein. So können wir tiefere Merkmale für Sieherstellen. Die Formschräge ermöglicht es uns,beim Fräsen tiefer Wände Werkzeugrattern undkosmetische Mängel zu reduzieren. Verwenden Sie, wenn möglich, ein Grad Formschräge oder mehr. Bei Formkern/Hohlraum-Entwürfen sollten Sie möglichst zwei Grad oder mehr verwenden. Als Faustregel gilt je ein Grad Formschräge für die ersten 50 mm Tiefe. Bei einer Tiefe von 50 bis 101 mm können entweder drei Grad Formschräge oder eine Mindestwandstärke von 3,175 mm erforderlich sein.

Oberfl ächenstrukturProto Labs kann der Form für Ihre Teile einePerlstrahloberfl äche verleihen. Eine leichte Texturerfordert mindestens drei Grad Formschräge anvertikalen Wänden. Eine mittlere Textur erfordertfünf Grad Formschräge.Tipp: Diese Option ist schneller und kostengünstiger

in der Herstellung.

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Wandstärke 4



Verformung 5

Scharfe Ecken 6

Rippen 6

Dome 7

Formschräge 7

Formkern/Hohlraum 8


Textur 8


Seitenschieber 9

Zwangsentformung 10


Stahlkern-Stifte 10

Text 11

Kantenanguss 11


Toleranz 12






Gerader RückzugFormschlussfl ächen sind Ihre Freunde – dieseMerkmale lassen sich in einer Form mit geradem Rückzug herstellen. Sie benötigendrei Grad Formschräge, sparen gegenüberSeitwärtsbewegungen jedoch erhebliche Kosten.

Nur eine SeitwärtsbewegungMit Seitenschiebern können Hinterschneidungen an der Außenseite Ihres Teils hergestellt werden.Hinterschneidungen müssen an oder mit Verbindung zur Trennfuge erfolgen. Sie müssen auf der Ebene der Trennebene liegen. Hinterschneidungen müssen verbunden und senkrecht zu der Richtung sein, in welche das Werkzeug geö� net wird.

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Wandstärke 4



Verformung 5

Scharfe Ecken 6

Rippen 6

Dome 7

Formschräge 7

Formkern/Hohlraum 8


Textur 8


Seitenschieber 9

Zwangsentformung 10


Stahlkern-Stifte 10

Text 11

Kantenanguss 11


Toleranz 12






Zwangsentformung (Bumpoff s)Ein „Bumpo� “ ist eine kleine Hinterschneidung in einem Teiledesign, die sicher von einer Formmit geradem Rückzug ohneSeitenschieberfunktionen entfernt werden kann.Zwangsentformungen können bei einfachen,leichten Hinterschneidungen eingesetztwerden. Sie stellen jedoch erhöhteAnforderungen an Geometrie, Materialtyp und Ausrichtung in der Form.

Lose FormeinsätzeEin Formeinsatz ist ein separates Metallstück, das in die Form eingelegt wird, um eineHinterschneidung zu erzeugen. Es wird zusammenmit dem Teil ausgestoßen, anschließend vomMaschinenbediener entfernt und erneut in dieForm eingesetzt.

Tipp: Mit einem losen Formeinsatz lassen sich zahlreiche Einschränkungen hinsichtlich Form und Positionierung überwinden; diese Methode ist jedoch teurer als ein „Auf/Zu-Werkzeug“ oder der Einsatz von Seitenschiebern.

Bohrungen mit kleinem Durchmesser bei hohem AspektverhältnisDiese Bohrungen können mit Stahlkern-Stiften in der Form erzeugt werden. Ein Stahlstift ist stark genug, um der Belastung beim Auswurfstandzuhalten, und seine Oberfl äche ist glatt genug,um sich sauber und ohne Formschräge aus dem Teil zu lösen. Das Teil weist in der Regel keinekosmetischen Mängel auf; falls doch, dann im Innern der Bohrung, wo sie nicht sichtbar sind.Tipp: Die Form kann mit der Formkern/Hohlraum-

Methode hergestellt werden; so kann das Teil ausgeworfen werden, wenn sich die Form ö� net.

Kern B - Seite

FormhohlraumA-Seite

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Wandstärke 4



Verformung 5

Scharfe Ecken 6

Rippen 6

Dome 7

Formschräge 7

Formkern/Hohlraum 8


Textur 8


Seitenschieber 9

Zwangsentformung 10


Stahlkern-Stifte 10

Text 11

Kantenanguss 11


Toleranz 12






Achten Sie auf Ihre Schri� Wählen Sie eine serifenlose Schrift aus, beider das kleinste Merkmal mindestens 0,508mm dick ist. Serifenschriftarten besitzenkleine „Füßchen“, die oft zu klein sind.Erhabener Text ist besser; wir können dieSchrift nicht nachbearbeiten, wenn der Textin das Teil gefräst ist.

• In SolidWorks lassen sich mit Century Gothic 26 Punkt Normalschrift und 16 point bold fräsbare Texte erstellen.

• Auch Comic Sans MS 24 Punkt erzeugt fräsbare Texte.

• Bei kleinem Text eignet sich häufi g eine Tiefe von 0,254-0,381 um Fräskosten zu reduzieren und den Auswurf zu vereinfachen.

Das Fräswerkzeugmuss alle Merkmaleder Form erreichen können.

Die Schleusen öff nenDünne Kanten schränken den Kunststo� fl uss ein und können beim Zuschneiden des Angusskanalsabbrechen. Für einen Anguss an Ihr Teil benötigen wir dicke Kanten. Möglicherweise gibt es Alternativen; bitte wenden Sie sich an einen Mitarbeiter unseres technischen Kundendienstes unter +49 (0) 89 905002 22 oder [email protected].

Dünne Kantebricht am Anguss

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Wandstärke 4



Verformung 5

Scharfe Ecken 6

Rippen 6

Dome 7

Formschräge 7

Formkern/Hohlraum 8


Textur 8


Seitenschieber 9

Zwangsentformung 10


Stahlkern-Stifte 10

Text 11

Kantenanguss 11


Toleranz 12






Identische PassteileIdentische Teile, die umgedreht als ihre eigenenPassteile dienen, ersparen die Kosten für einezweite Form.

Zu den Elementen zählen:

• Stift und Loch

• Verschlussrand

• Haken und Verschlussteile

Stift und Loch/Verschlussrand

Haken und Verschlussteile

Seien Sie tolerant!

• Die Maschinentoleranzen im Proto Labs-Prozessbetragen +/-0,08 mm.

• Die Schwindungstoleranz hängt in erster Linie vom Teiledesign und der Kunststo� auswahl ab. Sie variiert von 0,051 mm bei stabilen Kunststo� en, wie ABS und Polycarbonat, und 0,635 mm pro 25,4 mm bei unstabilen Kunststo� en, wie Santoprene.

• Es gibt Techniken, mit denen sich die höchste Genauigkeit aus unseren Verfahren herausholen lässt. Bitte wenden Sie sich an einen Mitarbeiter destechnischen Kundendienstes unter +49 (0) 89 905002 22 oder [email protected].

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Wandstärke 4



Verformung 5

Scharfe Ecken 6

Rippen 6

Dome 7

Formschräge 7

Formkern/Hohlraum 8


Textur 8


Seitenschieber 9

Zwangsentformung 10


Stahlkern-Stifte 10

Text 11

Kantenanguss 11


Toleranz 12






Auf den Werkstoff kommt es anBei der Auswahl eines Werksto� es für Ihr Teil können die folgenden Eigenschaften von Bedeutung sein: mechanische, physikalische und chemische Beständigkeit, Hitze Beständigkeit, elektrische Eigenschaften, Entfl ammbarkeit und UVBeständigkeit. Kunststo� hersteller, Compoundierer und unabhängige Kunststo� -Suchmaschinen bieten hierüber online Informationen an. Links zum Thema Kunststo� fi nden Sie unter protolabs.de/werksto� e/material-vergleich/?fi lter=plastic-materials.

Kunststoff e für KonsumgüterPolypropylen • Weich • Robust • Kostengünstig • Chemikalienbeständig • Gut geeignet für Scharniere

Polyethylen • Weich • Robust • Kostengünstig • Chemikalienbeständig • Hohe Dichte • Geringe Dichte

Polystyrol� • Hart • Transparent • Kostengünstig • Spröde, kann jedoch zäh

gemacht werden

Technische Kunststoff eABS • Kostengünstig • Schlagfest • Geräte und Handgehäuse • Anfällig für Einsinkungen

Acetal • Teurer • Stabil • Gute Schmierfähigkeit

und Bearbeitbarkeit • Sehr empfi ndlich gegenüber

zu dicker Wandstärke

LCP • Sehr teuer • Sehr stabil • Füllt sehr dünne Teile • Schwache Bindenähte

Nylon• Kostengünstig• Sehr stabil• Schrumpf- und

verformungsanfällig– besonders glasfaserverstärktes Nylon

• Absorbiert Wasser – Änderung von Größe und Eigenschaften

Polycarbonat• Moderate Kosten• Sehr robust• Gute Maßhaltigkeit• Anfällig für chemisch bedingte

Spannungsrisse, Hohlräume

PBT, PET, PPS, PSU, PES, PEI und viele andere

Farben • Vorrätig • Halbkundenspezifi sch• Kundenspezifi sch

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Wandstärke 4



Verformung 5

Scharfe Ecken 6

Rippen 6

Dome 7

Formschräge 7

Formkern/Hohlraum 8


Textur 8


Seitenschieber 9

Zwangsentformung 10


Stahlkern-Stifte 10

Text 11

Kantenanguss 11


Toleranz 12






Farben auswählen Standardfarben – des Kunststo� händlers sind in der Regel Schwarz und Natur. Natur kann entweder Weiß, Beige, Bernstein oder eine andere Farbe sein. Halbkundenspezifi sche Farben entstehen durch Hinzugabe von Granulat mit Farbmittel zu natürlichen Kunststo� en. Mehr Informationen zu kundenspezifi schen Farben fi nden Sie unter protolabs.de/werksto� e/benutzerdefi nierte-farben. Bei unseren Standardfarbenentstehen keine zusätzlichen Kosten. Sie stimmen nicht exakt überein und können an Teilen zu Schlierenoder rauen Oberfl ächen führen. Kundenspezifi sche Farben stimmen exakt mit einer Pantone-Farbe odereinem Farbchip überein. Sie arbeiten mit einem Compoundierer zusammen und stellen uns den Kunststo� zur Verfügung. Dieses Verfahren ist langsamer und teurer, führt jedoch zu einer höheren Farbpräzision.

Kunststoff additive(Kurz-)Glasfasern werden zum Verstärken einesVerbundwerkst und zur Verringerung vonKriechverformungen, insbesondere bei höherenTemperaturen, verwendet. Sie machen den Kunststo� stabiler, steifer und spröder. Aufgrund der unterschiedlichen Schrumpfrate zwischen dem Kunststo� und den Fasern beim Abkühlen können sie Verformungen verursachen.

Kohlensto� faser wird zum Verstärken und/oderVersteifen eines Verbundwerksto� s verwendet und hilft zur statischen Ableitung. Es besitzt dieselbenEinschränkungen wie Glasfasern. Kohlensto� fasernkönnen Kunststo� e sehr steif machen.

Mineralien wie Talkum und Ton werden oft als Füllsto� e zur Kostensenkung oder zur Erhöhung des Härtegrades von fertigen Teilen eingesetzt. Da die Schwindung beim Abkühlen geringer ist als bei Kunststo� en, können sie Verformungen reduzieren.

PTFE (Tefl on) und Molybdändisulfi de werden verwendet, um Teile in tragenden Anwendungen selbstschmierend zu machen.

Lange Glasfasern werden wie kurze Glasfasern zur Verstärkung und zur Verringerung von Kriechverformungen eingesetzt; sie machen den Kunststo� jedoch wesentlich stabiler und steifer. Der Nachteil ist, dass sie bei der Herstellung von dünnwandigen Formteilen und/oder bei langen Kunststo� fl üssen besonders anspruchsvoll sind.

Aramidfasern (Kevlarfasern) sind wie Glasfasern,jedoch weniger stabil und weniger abrasiv.

Glasperlen und Glimmerplättchen werden zumVersteifen eines Verbundwerkst und zurVerringerung von Verformungen undSchwindungen verwendet. Bei hoher Beschickungkönnen sie schwer einzuspritzen sein.

Edelstahlfasern werden typischerweise inGehäusen für elektronische Bauteile zur Kontrollevon EMI (elektromagnetischer Interferenz) undHochfrequenzstörungen eingesetzt. Sie sindleitfähiger als Kohlensto� faser.

UV-Inhibitor für Außenanwendungen.

Durch statische Behandlungen, könnenKunststo� e statische Ladungen ableiten.

Noch Fragen?Rufen Sie Ihren Kundenbetreuer oder einen Mitarbeiter unseres technischen Kundendienstes an unter +49 (0) 89 905002 22.

Proto Labs ist die weltweit schnellste digitale Quelle für individuell gefertigte Prototypen und Produktionsteile in Kleinserien. Die fi rmeneigene Analyse- und Programmiersoftware verwandelt 3D-CAD-Modelle in Befehle für moderne Maschinen zur Fertigung mittels 3D-Druck, CNC-Bearbeitung und Spritzguss. Das Ergebnis sind qualitativ hochwertige Teile, die innerhalb weniger Tage versendet werden - ein ungekannter Vorteil für Produktentwickler und Konstrukteure weltweit, denen kurze Produkteinführungszeiten wichtig sind.

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Proto Labs GmbHKapellenstraße 1085622 FeldkirchenDeutschland

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