Der industrielle 3D-Druck hat aus unterschiedlichen Perspektiven einen überwältigenden Einfluss auf verschiedene Branchen. Auch die schnelle Verfügbarkeit von schnellen Prototypen, Teilen mit meist nicht herstellbaren oder teuren Designs und Materialweiterentwicklungen sind durch den industriellen 3D-Druck möglich geworden. Darüber hinaus wird der industrielle 3D-Druck auch zur Herstellung von Kunststoff-Spritzgussformen eingesetzt. Es ist jedoch nicht geeignet; warum? Wir werden es hier in diesem Artikel erklären.
Die Befürworter behaupten, dass die Verwendung des industriellen 3D-Drucks zur Herstellung von Kunststoffformen 90% Zeit einspart, die Kosten um 70% senkt und Anwendungen unter leichten Lasten erleichtert. Dennoch ist es wichtig, die Nachteile der Herstellung von Kunststoffformen mit industriellen 3D-Druckmaschinen im Vergleich zu konventionell bearbeiteten Aluminiumformen zu verstehen. Hier sind also die Gründe, warum die Herstellung von Kunststoffformen mithilfe des 3D-Drucks nicht als gute Option angesehen wird:
1. Qualität der Form
Wenn eine Kunststoffform mit einem 3D-Drucker hergestellt wird, ist die Qualität der Form möglicherweise nicht beeindruckend. Der industrielle 3D-Drucker verwendet Schichten, um eine vollständige Form zu bilden, die einen Treppenstufeneffekt auf der Wand oder der abgewinkelten Oberfläche aufweist. Gleichzeitig werden die Formen sicher gebohrt oder für Löcher aufgerieben und für Gewindemerkmale mit einem Gewinde versehen oder gefräst. Diese sekundären Operationen addieren sich in der Zeit der Form. Die Qualität der Form sollte jedoch kompromisslos bleiben.
2. Größe der Form
Das zulässige Volumen der Form mit einem industriellen 3D-Drucker beträgt etwa zehn Kubikzoll, was fast der Größe einer Grapefruit entspricht. Unbestreitbar haben moderne additive Maschinen eine bessere Fähigkeit und Kapazität, Formen zu bilden. Diese fortschrittlichen Maschinen sind jedoch weit hinter den EDM-Geräten und Bearbeitungszentren zurück. Der Grund dafür ist, dass sie bequem Formen bis zu einer Größe von 59 Kubikzoll herstellen können, was etwa sechsmal größer ist als die Kapazität eines industriellen 3D-Druckers.
3. Exposition gegenüber übermäßiger Hitze
Die beim Spritzgießen verwendeten Formen müssen übermäßiger Hitze ausgesetzt werden, damit das Material angemessen fließen kann. Normalerweise liegt die Temperatur für Stahl- und Aluminiumformen bei etwa 260 °C, insbesondere bei der Herstellung von Hochtemperaturkunststoffen. Umgekehrt ist es unmöglich, eine so hohe Temperatur für die Formen der Stereolithographie und ähnlicher 3D-Druckverfahren zu erreichen. Dies liegt daran, dass diese Prozesse photoreaktive Harze beinhalten, die durch UV-Licht gehärtet werden. Diese Kunststoffformen zerfallen sofort, wenn sie über einen längeren Zeitraum so viel Hitze ausgesetzt werden.
Die 3D-gedruckten Kunststoffformen werden unwirksam, bevor sie ihre 100 Schüsse aus weichem Kunststoffmaterial wie Styrol und Polyethylen abgeschlossen haben. Aber glasgefüllte Polycarbonate und andere zähe Thermoplaste können eine gewisse Beständigkeit aufweisen. Folglich können wir sagen, dass die aus dem industriellen 3D-Druck hergestellten Kunststoffformen nicht geeignet sind, Hitze im Spritzgussverfahren zu widerstehen.
4. Kostenvergleich
Die Kosten waren schon immer ein Diskussionspunkt, wenn es darum ging, der konventionellen Herstellung von Aluminiumformen oder der Herstellung mit einem industriellen 3D-Drucker den Vorzug zu geben. Normalerweise werden die industriell 3D-gedruckten Kunststoffformen als kostengünstiger angesehen, was eine falsche Wahrnehmung ist. Beispielsweise kostet die Herstellung einer Kunststoffform mit einem 3D-Drucker $1000. Es wird die Zahl von $20.000 erreichen, wenn es mit einem herkömmlichen Verfahren zur Herstellung von Aluminiumformen hergestellt wird.
Aber lohnt es sich? Natürlich nicht, weil die Form aus dem 3D-Drucker nicht mehr als 50 bis 100 Mal ihre Dienste anbietet. Der Investor würde eine andere Form benötigen, um die Produktionsgeschwindigkeit aufrechtzuerhalten. Der Investor muss also $1000 mehr investieren. Dabei ist es wichtig zu wissen, dass die Kostenschätzung einer 3D-gedruckten Form möglicherweise keine Arbeitskosten enthält.
Auf der anderen Seite kostet Sie die mit herkömmlichen Methoden hergestellte Aluminiumform möglicherweise $15.000. Diese Investition reicht jedoch aus, um den Produktionsverbrauch für eine beträchtliche Zeit zu decken, da solche Formen 10.000 Produktionszyklen unterstützen können. Ebenso haben Investoren bei der konventionellen Herstellung von Aluminiumformen eine bessere Möglichkeit, Anpassungsoptionen auszuwählen.
5. Design der Form
Neben anderen Komplexitäten ist das Design der Form von erheblicher Bedeutung, das bei 3D-Druckern oft beeinträchtigt wird. Nichtsdestotrotz bieten Formen, die mit konventionellen Formherstellungsverfahren hergestellt werden, einen enormen Komfort, wenn man ein solches technisches Merkmal zum Design der Form hinzufügt. Üblicherweise verbrauchen die aus 3D-Druckern hergestellten Formen Kunststoffmaterial, das die folgenden Ziele für die Form nur ungern erreicht, und herkömmlich hergestellte Aluminiumformen besitzen diese Fähigkeiten ohne weiteres. Einige der bemerkenswerten Fälle sind unten aufgeführt:
- Die genaue Platzierung und Anzahl der Auswerferstifte sind mit 3D-Druckern schwieriger zu erreichen.
- Entformungswinkel sollten auf 5 Grad oder mehr erweitert werden, was die meisten Aluminiumwerkzeuge außerordentlich übertrifft.
- Punkttore und Tunnel müssen bei 3D-gedruckten Kunststoffformen vermieden werden.
- Bei Kunststoffwerkzeugen sollten Fächer-, Anguss- und Laschenanschnitte um das Dreifache ihrer ursprünglichen Größe vergrößert werden.
- Der Polymerfluss durch die 3D-gedruckte Kunststoffform sollte ähnlich wie bei 3D-Drucklinien angeordnet sein, um ein Anhaften und eine verbesserte Füllung bei reduzierten Einspritzdrücken zu vermeiden.
Folglich kann die einfache Gestaltung von Kunststoffformen mit dem 3D-Drucker funktionieren. Dennoch sind aufwendig gestaltete Formen weit entfernt von der Domäne dieser Drucker.
Mögliche Vorteile des Formenbaus mit industriellen 3D-Druckern
Hand in Hand haben Kunststoffformen aus 3D-Druckern, obwohl sie für Großserienproduktionen ein Misserfolg sind, immer noch einige Vorteile. Zu diesen Vorteilen gehören:
- Wenn eine geringe Menge an elementaren Formen mit großem Entformungswinkel benötigt wird, eignet sich ein industrieller 3D-Drucker perfekt zur Herstellung der Kunststoffform.
- Wenn Ihr Tool-and-Die-Team sicher ist, dass es alle in der Form erforderlichen Merkmale hervorheben kann und mit den Konstruktionsregeln der Form vertraut ist, können Sie fortfahren. Andernfalls könnten Sie Ihre Zeit und Ihr Geld verschwenden.
- Angenommen, Sie haben genügend Ressourcen, Arbeitskräfte und Maschinen, um die Kunststoffform zu verarbeiten/zusammenzubauen. In diesem Fall können Sie daran arbeiten, aber es bleibt möglicherweise nicht wirtschaftlich.