Komplexe industrielle Kunststoffteile hergestellt im Vakuumguss

Nylonähnliche PU-Komponenten mit tiefen Merkmalen und mehreren Bearbeitungsrichtungen

Einige industrielle Kunststoffteile sind nicht wegen ihrer Gesamtgröße schwierig herzustellen, sondern weil viele funktionale Merkmale in einer kompakten Komponente konzentriert sind.
Dieses Projekt umfasste ein kundenspezifisches Teil für Industrieanlagen mit mehreren zylindrischen Schnittstellen, tiefen Öffnungen, Verstärkungsrippen, seitlich ausgerichteten Merkmalen, Montagebereichen und erheblichen Unterschieden in der Merkmalshöhe.
Der Kunde benötigte ungefähr 20 Teile für die technische Evaluierung in Europa.
Wenn jede Komponente durch CNC-Bearbeitung hergestellt würde, müsste dieselbe mehrseitige Bearbeitungsstrategie für den gesamten Stapel wiederholt werden. Für diese Geometrie bedeutete dies mehr Aufspannungen, mehr Neupositionierungen und mehr Herausforderungen beim Werkzeugzugang.
Wir haben uns daher für Vakuumguss mit einem nylonähnlichen Polyurethan (PU)-Harz.
Die komplexe Geometrie wurde zuerst im Urmodell erstellt, in Silikonwerkzeuge übertragen und dann als Kleinseriencharge reproduziert.
 

Projektübersicht

Die Herstellungsschwierigkeit ergibt sich aus Richtungswechseln

Diese Komponente enthält mehrere funktionale Zonen, die nicht alle aus einer Bearbeitungsrichtung effizient erreicht werden können.
Ein hohes zylindrisches Merkmal ragt aus der Mitte des Teils heraus. Mehrere niedrigere Öffnungen sind um die Basis herum positioniert, während andere Merkmale seitlich verlaufen oder teilweise von Rippen umgeben sind.
Dies führt zu drei praktischen CNC-Herausforderungen.

Mehrere Aufspannungen

Unterschiedliche Merkmale erfordern den Zugang aus verschiedenen Richtungen.
Die Bearbeitung der Basis bietet nicht automatisch Zugang zu den seitlich ausgerichteten Strukturen oder tieferen zylindrischen Bereichen. Das Werkstück muss daher möglicherweise mehrmals neu positioniert werden.

Große Höhenunterschiede

Der Unterschied zwischen dem oberen zylindrischen Merkmal und den unteren strukturellen Bereichen beeinflusst die Werkzeugreichweite und die Bearbeitungsstrategie.
Für einige Bereiche können längere Werkzeuge erforderlich sein, während die umliegende Geometrie den Schneidweg einschränken kann.

Eingeschränkter Werkzeugzugang

Rippen, tiefe Öffnungen und benachbarte Strukturen können bestimmte Oberflächen schwer zugänglich machen, ohne zusätzliche Ausrichtungen oder Spezialwerkzeuge.
Für ein Teil ist dies ein Bearbeitungsproblem.
Für 20 identische Teile wird es zu einem wiederkehrenden Problem der Herstellungskosten.
 

Die wahren Kosten sind oft die Anzahl der Operationen

Bei der Beschaffung von Kleinserien-Kunststoffteilen vergleichen Kunden oft die Stückpreise.
Bei komplexer Geometrie ist dies nur ein Teil des Bildes.
Eine mehrachsige Bearbeitungsroute kann Folgendes umfassen:

• Vorbereitung der Spannvorrichtung
• Neupositionierung
• Referenzpunktkontrolle
• Zusätzliche Werkzeugwege
• Längere Schneidwerkzeuge
• Bedienereingriffe
• Zwischenprüfung

Wenn die Komponente mehrere Aufspannungen benötigt, werden diese Operationen für jedes Stück wiederholt.
Für dieses Projekt war die Wiederholbarkeit der Bearbeitungskomplexität einer der Hauptgründe, eine andere Herstellungsroute in Betracht zu ziehen.
 

Die Komplexität in das Urmodell verlagern

Der Vakuumguss ändert die Herstellungsstrategie.
Anstatt die gesamte komplexe Geometrie wiederholt zu bearbeiten, konzentriert sich der Aufwand auf ein qualifiziertes Urmodell.
Die Route wird:
Komplexes Urmodell
→ Silikonwerkzeuge
→ Nylonähnlicher PU-Guss
→ Wiederholte Komponenten
Sobald die Silikonform die Geometrie erfasst hat, können nachfolgende Teile dieselben zylindrischen Merkmale, Rippen, Vertiefungen und Höhenübergänge reproduzieren, ohne die vollständige mehrdimensionale CNC-Sequenz zu wiederholen.
Hier kann der Urethan-Guss für komplexe Kunststoffteile in Kleinserien.
Der Hauptvorteil sind nicht einfach niedrigere Werkzeugkosten.
Es ist die Fähigkeit, wiederkehrende Geometrie von der Bearbeitung in temporäre Replikationswerkzeuge zu verlagern.
 

Silikonwerkzeuge für schwer zugängliche Merkmale

Silikonformen bieten Flexibilität, die starre Werkzeuge nicht bieten.
Für geeignete Teile kann dies dazu beitragen, bestimmte lokale Hinterschneidungen, Vorsprünge und mehrdimensionale Merkmale zu reproduzieren, während die Komponente als eine integrierte Struktur erhalten bleibt.
Für dieses Industrieteil musste die Werkzeugplanung Folgendes berücksichtigen:

• Hohe zylindrische Abschnitte
• Tiefe Öffnungen
• Verstärkungsrippen
• Seitlich ausgerichtete Geometrie
• Lokale Vorsprünge
• Entformungsrichtung

Die Formteilung und die Entformungsstrategie blieben daher eine wichtige DFM-Überlegung.
Vakuumguss kann wiederholte CNC-Operationen reduzieren, erfordert aber dennoch ein durchdachtes Werkzeugdesign, um komplexe Geometrien konsistent zu reproduzieren.
 

Warum nylonähnliches PU geeignet war

Der Kunde benötigte für die Teile zur technischen Evaluierung ein Materialverhalten, das Nylon ähnelt.
Ein nylonähnliches Polyurethan-Gießharz wurde ausgewählt, um ein praktisches Gleichgewicht zu bieten aus:

• Zähigkeit
• Moderate Flexibilität
• Schlagfestigkeit
• Strukturelle Festigkeit
• Gute Detailwiedergabe

Dieses Material war für die aktuelle Bewertungsphase des Kunden geeignet und ermöglichte die Reproduktion der komplexen Geometrie durch Silikonwerkzeuge.
Nylonähnliches PU ist nicht dasselbe wie Produktions-PA6 oder PA66.
Wenn spätere Tests spezifische Nylon-Eigenschaften wie Verschleißfestigkeit, Hochtemperaturverhalten, chemische Beständigkeit oder Langzeitbelastung erfordern, können Teile aus dem tatsächlich spezifizierten Produktionsmaterial erforderlich sein.
 

Warum die Menge von 20 Teilen wichtig ist

Die Menge allein bestimmte nicht das Verfahren.
Zwanzig einfache Kunststoffblöcke könnten immer noch ideal für die CNC-Bearbeitung sein.
Dieses Projekt war anders, weil die 20 Komponenten kombinierten:
Mehrere Bearbeitungsrichtungen

• Tiefe Geometrie
• Große Höhenunterschiede der Merkmale
• Eingeschränkter Werkzeugzugang
• Wiederholte identische Teile

Diese Kombination machte die wiederholte CNC-Bearbeitung weniger effizient.
Vakuumguss bot ein praktisches Fertigungsfenster zwischen Einzelfertigung und Produktionswerkzeugen.
Für den Kunden ergaben sich die Einsparungen aus der Reduzierung wiederholter Aufspann- und Bearbeitungsarbeiten über den gesamten Stapel hinweg.
 

Teile für die technische Evaluierung

Die ungefähr 20 Komponenten wurden für die Produktentwicklungsarbeiten des Kunden in Europa benötigt.
Der Zweck war, physische Teile zu erhalten, die verwendet werden konnten für:

• Technische Überprüfung
• Montageprüfungen
• Installationsbewertung
• Strukturelle Bewertung
• Interne Tests
• Designbestätigung

In dieser Phase benötigte der Kunde mehr als ein Demomodell, aber das Projekt erforderte noch keine Produktionswerkzeuge.
Hier kann der Urethan-Guss in Kleinserien einen Mehrwert für die Entwicklung von Industrieanlagen bieten.
 

Auswahl des Verfahrens basierend auf der Geometrie

Dieses Projekt demonstriert ein wichtiges Fertigungsprinzip:

Das beste Verfahren wird durch die Geometrie bestimmt, die wiederholt werden muss – nicht nur durch die Menge.
CNC-Bearbeitung bleibt die bessere Wahl, wenn tatsächliches technisches Material, engere Toleranzen oder spezifische mechanische Eigenschaften erforderlich sind.
Vakuumguss wird attraktiv, wenn eine Kleinserienkomponente komplexe Geometrie, wiederholte Aufspannungen, geeignete Toleranzen und akzeptable simulierte Materialeigenschaften kombiniert.
Für dieses Projekt stimmten diese Bedingungen überein.

Vakuumguss für komplexe Teile von Industrieanlagen

YS Precision unterstützt Vakuumguss und Urethan-Guss für komplexe Komponenten von Industrieanlagen und Kunststoffteile in Kleinserien, einschließlich Teilen mit:

• Mehrere Merkmalsorientierungen
• Tiefe vertiefte Geometrie
• Zylindrische Schnittstellen
• Verstärkungsrippen
• Große Höhenunterschiede
• Schwieriger CNC-Werkzeugzugang

Senden Sie uns Ihre 3D-CAD-Dateien, Menge, beabsichtigtes Produktionsmaterial, kritische Abmessungen und Testanforderungen.
Wir können die Geometrie prüfen und feststellen, ob Vakuumguss, CNC-Bearbeitung oder ein anderes Kleinserienfertigungsverfahren die am besten geeignete Route darstellt.
Bei komplexen Teilen sollte die Prozessauswahl darauf abzielen, wie die Geometrie wiederholt gefertigt wird – nicht nur, wie ein Prototyp hergestellt werden kann.