De productie- & ontwerphandleiding
Spuitgieten
Jouw onderdelen spuitgegoten?
Ontvang onmiddelijk een offerte
DEEL DIT ARTIKEL
DEEL DIT ARTIKEL
In deze handleiding lees je alles over spuitgieten. Van basisprincipes tot concrete ontwerptips waarmee je tijd kunt besparen en de kosten laag houdt.
Part 1
De Basisprincipes
Wat is spuitgieten? Hoe werkt het? Waar wordt het voor gebruikt?
In dit deel beantwoorden we deze vragen en tonen we u gangbare voorbeelden van spuitgegoten onderdelen zodat u vertrouwd kunt raken met de basismechanica & toepassingen van de technologie.
What is injection molding?
Injection molding is a manufacturing technology for the mass-production of identical plastic parts with good tolerances. In injection molding, polymer granules are melted then injected under pressure into a mold, where the liquid plastic cools and solidifies. The materials used in injection molding are thermoplastic polymers that can be colored or filled with other additives.
Almost every plastic part around you was manufactured using injection molding: from car parts, to electronic enclosures, to kitchen appliances.
Injection molding is widely used because it offers a very low cost per part at high production volumes, along with excellent repeatability and strong design flexibility. The main limitations of injection molding are typically economic, as the process requires a significant upfront investment in tooling. Traditionally, the turnaround time from design to production could take several weeks, although modern digital manufacturing workflows can now produce molded parts in as little as one week in some cases.
How custom injection molding works
An injection molding machine consists of three main parts: the injection unit, the mold (the heart of the whole process) and the clamping/ejector unit.
In this section, we examine the purpose of each of these systems and how their basic operation mechanics affect the end-result of the injection molding process.
Advantages and disadvantages of injection molding
Injection molding is an established manufacturing technology with a long history, but it’s constantly being refined and improved with new technological advancements.
Below is a rundown of the key advantages and disadvantages of injection molding to help you understand whether it’s the right solution for your application.
Benefits of injection molding
High-volume manufacturing of plastics
Injection molding is the most cost-competitive technology for manufacturing high volumes of identical plastic parts. Once the mold is created and the machine is set up, additional parts can be manufactured very fast and at a very low cost.
The recommended minimum production volume for injection molding is 500 units. At this point economies of scale factor in and the relatively high initial costs of tooling have a less prominent effect on the unit price.
Wide range of materials
Almost every thermoplastic material (and some thermosets and silicones) can be injection molded. This allows for a very wide range of available materials with diverse physical properties to design with.
Parts produced with injection molding have very good physical properties. Properties can be tailored using additives such as glass fibers or by blending pellets, such as PC/ABS, to achieve specific strength, stiffness, or impact resistance.
Very high productivity
The typical injection molding cycle lasts 15 to 60 seconds. This depends on the size of the part and the complexity of the mold. In comparison, CNC machining or 3D printing might require minutes to hours in order to produce the same geometry. Also, a single mold can accommodate multiple parts, further increasing the production capabilities of this manufacturing process. This means that hundreds (or even thousands) of identical parts can be produced every single hour.
Great repeatability and tolerances
The injection molding process is highly repeatable and the produced parts are essentially identical. Of course, some wear occurs to the mold over time, but a typical pilot-run aluminum mold will last 5,000 to 10,000 cycles, while full-scale production molds from tool steel can stand 100,000+ cycles.
This level of accuracy is enough for most applications and comparable to both CNC machining and 3D printing. Tighter tolerances are possible but depend on material shrinkage. For example, Polypropylene (PP) shrinks more than Polycarbonate (PC), making it harder to hold tight dimensions.
Excellent visual appearance
A key strength of injection molding is it can produce finished products that need little to no extra finishing. The surfaces of the mold can be polished to a very high degree to create mirror-like parts, or they can be bead blasted to create textured surfaces. The SPI standards dictate the level of finishing that can be achieved.
Limitations of injection molding
Start-up costs for tooling
One of the main economic considerations in injection molding is the upfront tooling cost, since a custom mold must be manufactured for each part geometry. These tooling costs are primarily associated with mold design and production and typically range from around $250 to $1,000 for simpler molds, although more complex tooling can cost significantly more. Because the mold cost is distributed across the total number of parts produced, injection molding becomes increasingly cost-effective at medium to high production volumes.
Design changes are costly
After a mold is manufactured, it’s very expensive to modify. Design changes usually require the creation of a new mold from scratch. For this reason, designing a part for injection molding correctly is very important.
In Part 2, we list the most important design considerations to keep in mind while designing for injection molding. In Part 5, we’ll also see how you can mitigate the risk by creating physical prototypes of your parts.
Longer lead times compared to other technologies
The typical turnaround time for injection molding varies between 6-10 weeks. It takes 4-6 weeks to manufacture the mold, plus 2 to 4 more weeks for production and shipping.
If design changes are required (a common occurrence) the turnaround time increases accordingly.
On the other hand, parts made using a desktop 3D printer can be ready for delivery overnight, while industrial 3D printing systems have a typical lead time of three to five days. CNC machined parts are typically delivered within 10 days or as fast as five days.
Design for injection molding
There are several factors that may affect the quality of the final product and the repeatability of the process. To yield the full benefits of the process, the designer must follow certain design guidelines.
In this section, we outline common defects of injection molding and basic and advanced guidelines to follow when designing parts, as well as recommendations for how to keep the costs to a minimum.
Common injection molding defects
Most defects in injection molding are related to either the flow of the melted material or the non-uniform cooling rate during solidification.
Below are a list of defects to keep in mind while designing a part for injection molding. In the next section, we’ll show you how you can avoid each of these by following good design practices.
Dealing with undercuts
The simplest mold (the straight-pull mold) consists of two halves. Features with undercuts (such as the teeth of a thread or the hook of a snap-fit joint) may not be manufacturable with a straight-pull mold though. This is either because the mold cannot be CNC machined or because the material is in the way of ejecting the part.
Undercuts in injection molding are part features that cannot be manufactured with a simple two-part mold, because the material is in the way while the mold opens or during ejection.
Common design features
Learn how to design the most common features seen in injection molded parts with these practical guidelines. Use them to improve the functionality of your designs, while still complying with the basic design rules.
Part 2
Ontwerpen voor spuitgieten
In dit deel krijgt u meer informatie over hoe u uw ontwerpen voor spuitgieten kunt optimaliseren.
Gebruik de volgende richtlijnen om tijd te besparen en fouten te verminderen en leer hoe u aspecten creëert die de functionaliteit van uw ontwerpen maximaliseren.
Veel voorkomende defecten bij spuitgieten
De meeste defecten bij spuitgieten houden verband met de stroom van het gesmolten materiaal of het niet-uniform afkoelen tijdens de stolling.
Hier volgt een lijst met defecten waar een ingenieur op bedacht moet zijn bij het ontwerpen van een onderdeel voor spuitgieten. In het volgende deel zullen we zien hoe u elk van die defecten kunt voorkomen door goede ontwerppraktijken te hanteren.
Vervorming
Als bepaalde delen sneller afkoelen (en bijgevolg krimpen) dan andere, kunnen de inwendige spanningen ervoor zorgen dat het onderdeel permanent gebogen wordt.
Onderdelen met niet-constante wanddikte zijn het meest gevoelig voor vervorming.
Zinksporen
Als de binnenkant van een onderdeel stolt voordat het oppervlak stolt, kan een kleine dip in een normaliter vlak oppervlak ontstaan, dit noemt men een zinkspoor.
Bij onderdelen met dikke wanden of slecht ontworpen ribben is het risico op zinksporen hoger.
Sleepsporen
Tijdens het inkrimpen van de kunststof, zet het druk op de matrijs. Tijdens het uitwerpen schuiven en scrapen de wanden van het onderdeel tegen de matrijs, waardoor sleepsporen ontstaan.
Sleepsporen zijn vooral gebruikelijk bij onderdelen met verticale wanden (en zonder trekhoek).
Breilijnen
Waar twee stromen bij elkaar komen, kunnen kleine haarachtige verkleuringen ontstaan. Deze breilijnen beïnvloeden de esthetiek van de onderdelen, maar ze verminderen ook de algemene sterkte van het onderdeel.
Onderdelen met abrupte geometrieveranderingen of gaten zijn gevoeliger voor breilijnen.
Tekortschieten
Lucht die in de matrijs gevangen zit kan de stroom van materiaal tijdens het spuiten belemmeren, met incomplete onderdelen als gevolg. Goed ontwerp kan de stroombaarheid van de gesmolten kunststof verbeteren.
Bij onderdelen met zeer dunne wanden of slecht ontworpen ribben is het risico op tekortschieten hoger.
Omgaan met ondersnijdingen
Ondersnijdingen zijn een belangrijk aspect om te overwegen bij het ontwerpen van onderdelen voor spuitgieten.
Ondersnijdingen bij spuitgieten zijn aspecten van onderdelen die niet met een eenvoudige tweedelige matrijs kunnen worden geproduceerd, omdat er materiaal in de weg zit wanneer de matrijs opent of tijdens het uitwerpen.
De tanden van een schroefdraad of de haak van een snap-fit-verbinding zijn voorbeelden van ondersnijdingen. Hier volgen een paar eenvoudige oplossingen voor hoe u met ondersnijdingen kunt omgaan:
Een afsluiter gebruiken
Een andere manier om met ondersnijdingen om te gaan is het materiaal van onder of boven het probleemgebied te verwijderen. Zo wordt de ondersnijding in zijn geheel verwijderd omdat het hele onderdeel rechtstreeks kan worden ondersteund door de matrijs.
Afsluiters zijn een handige truc om met ondersnijdingen op interne delen van het onderdeel om te gaan (voor snap-fittingen) of op de zijden van het onderdeel (voor gaten of handvaten).
Hieronder staan enkele voorbeelden van hoe spuitgegoten onderdelen opnieuw kunnen worden ontworpen om ondersnijdingen te voorkomen: in wezen wordt materiaal verwijderd in het gebied onder de ondersnijding, waardoor het probleem helemaal wordt geëlimineerd.
Verplaats de scheidingslijn
De eenvoudigste manier om met een ondersnijding om te gaan is de scheidingslijn van de matrijs te verplaatsen zodat de ondersnijding en de scheidingslijn elkaar raken.
Deze oplossing is geschikt voor veel ontwerpen met ondersnijdingen op een extern oppervlak. Vergeet niet de trekhoek overeenkomstig aan te passen.
Strippende ondersnijdingen
Als het onderdeel flexibel genoeg is kan vervorming over de matrijs tijdens het uitwerpen een optie zijn. Strippende ondersnijdingen worden gebruikt voor interne aspecten, zoals het schroefdraad in flessendoppen.
Gebruik deze richtlijnen om strippende ondersnijdingen te ontwerpen:
● Selecteer een flexibel materiaal - zoals PP, PE of Nylon (PA)
● De hoogte van de ondersnijding moet 5% van de diameter van het gat bedragen
● Gebruik een spoedhoek van 30° tot 45°
Het wordt aanbevolen om ondersnijdingen in delen van vezelversterkte kunststoffen te vermijden. Flexibele kunststoffen zoals PP, HDPE of nylon (PA) kunnen ondersnijdingen tot 5% van hun diameter verdragen.
Zijdelingse actiekernen
Als geen van bovenstaande oplossing haalbaar is, kunnen kernen worden gebruikt die naar de zijkant uit het onderdeel glijden voordat het onderdeel wordt uitgeworpen.
Zijdelingse actiekernen moeten spaarzaam worden gebruikt omdat ze complexiteit toevoegen en de prijs van een matrijs met 15% tot 30% zullen doen toenemen.
Volg deze richtlijnen bij het ontwerpen van een zijdelingse actiekern:
● De kern moet parallel aan de scheidingslijn bewegen
● Trekhoeken moeten als gebruikelijk worden toegevoegd
Gebruikelijke ontwerpaspecten
Hieronder geven we een lijst met praktische richtlijnen voor het ontwerpen van de meest gebruikelijke aspecten van spuitgegoten onderdelen. Gebruik deze om de functionaliteit van uw ontwerpen te verbeteren en te blijven voldoen aan de basisontwerpregels.
Bevestigingsmiddelen met schroefdraad (nokken en inzetstukken)
Er zijn 3 manieren om bevestigingsmiddelen aan een spuitgegoten onderdeel toe te voegen: door een draad direct op het onderdeel te ontwerpen, door een naaf toe te voegen waar de schroef kan worden bevestigd, of door een inzetstuk met schroefdraad op te nemen.
Een schroefdraad direct op het onderdeel modelleren is mogelijk, maar wordt niet aanbevolen, omdat de tanden van de draad in wezen ondersnijdingen zijn, waardoor de complexiteit en de kosten van de mal drastisch toenemen (meer over ondersnijdingen in een later gedeelte). Een voorbeeld van een spuitgegoten onderdeel met een schroefdraad zijn doppen.
Nokken
Nokken worden gebruikt als montage- of bevestigingspunten (in combinatie met zelftappende schroeven of schroefdraadbussen).
Zie nokken als ronde baleinen - pas dezelfde algemene ontwerprichtlijnen toe. Overweeg ook het volgende:
● Voorkom het ontwerpen van nokken die met de hoofdmuren samenkomen
● Ondersteun nokken met baleinen of verbindt ze aan een hoofdwand
Voor nokken met inzetstukken:
● Gebruik een buitenste diameter die gelijk is aan 2 x het nominale formaat van het inzetstuk
Wanneer nokken worden gebruikt als bevestigingspunten, moet de buitendiameter van de naaf 2x de nominale diameter van de schroef of het inzetstuk zijn en de binnendiameter gelijk aan de diameter van de kern van de schroef. Het gat van de naaf moet zich uitstrekken tot het niveau van de basiswand, zelfs als de volledige diepte niet nodig is voor montage, om een uniforme wanddikte gedurende het hele kenmerk te behouden. Voeg een afschuining toe voor het eenvoudig inbrengen van de schroef of het inzetstuk.
Voor de beste resultaten:
Schroefdraden
Schroefdraden kunnen rechtstreeks in het ontwerp van het gegoten onderdeel worden toegevoegd, maar vormen wel ondersnijdingen. Als alternatief kunnen inzetstukken met schroefdraad worden gebruikt.
Volg deze richtlijnen als u onderdelen met schroefdraden ontwerpt:
● Voeg een 0,8 mm reliëf toe aan de randen van de schroefdraad
● Gebruik een schroefdraad met een spoed groter dan 0,8 mm (32 draden per inch)
● Geef de voorkeur aan trapeziumvormige of Steun draden
● Omgaan met de gecreëerde ondersnijdingen:
● Overweeg voor interne schroefdraden strippende ondersnijdingen toe te passen
● Plaats externe schroefdraden langs de scheidingslijn
Voor de beste resultaten:
__Beste manier om met de gemaakte ondersnijdingen om te gaan: __
Ribben
Als zelfs de aanbevolen wanddikte niet genoeg is om te voldoen aan de functionele eisen van een onderdeel, kunnen baleinen worden gebruikt om de rigiditeit te verbeteren.
Bij het ontwerpen van ribben:
● Hanteer een dikte gelijk aan 0,5 × dikte van hoofdwand
● Definieer een hoogte kleiner dan 3 × ribdikte
● Hanteer een standaard afronding met radius groter dan ¼ × ribdikte
● Voeg een trekhoek toe van tenminste 0,25° - 0,5°
● Hanteer een minimale afstand tussen ribben & wanden van 4x ribdikte
Snap-fit-verbindingen
Klikfittingen zijn een economische en snelle manier om twee onderdelen aan elkaar te verbinden zonder gereedschappen of bevestigingsmiddelen.
Bij het ontwerpen van snap-fittingen voor spuitgieten:
● Voeg een opzet toe aan de zijwanden van de snap-fitting
● Hanteer een dikte van 0,5 × dikte van hoofdwand
● Pas de breedte & lengte aan om de doorbuiging & werking te beheersen
● Overweeg hoe om te gaan met de gecreëerde ondersnijding
Raadpleeg voor gedetailleerde richtlijnen dit artikel van MIT.
In het bovenstaande voorbeeld wordt het meest voorkomende snap-fit gewrichtsontwerp (bekend als de __cantilever snap-fit joint__) getoond. Voeg, net als bij ribben, een tochthoek toe aan uw klikverbindingen en gebruik een minimale dikte van 0,5x de wanddikte. Specifieke richtlijnen voor het ontwerpen van snap-fit verbindingen is een groot onderwerp dat buiten het bestek van dit artikel valt. Raadpleeg dit [artikel van MIT](http://fab.cba.mit.edu/classes/S62.12/people/vernelle.noel/Plastic_Snap_fit_design.pdf) voor meer gedetailleerde informatie .
__Voor de beste resultaten:__
Filmscharnieren
Filmscharnieren zijn dunne stukjes kunststof die twee segmenten van een onderdeel verbinden en buigen en strekken mogelijk maken.
Hier volgen enkele tips om te helpen met het ontwerpen van een filmscharnier:
● Selecteer een flexibel materiaal (bijvoorbeeld PP, PE of Nylon)
● Ontwerp scharnieren met een dikte tussen 0,20 en 0,35 mm
● Gebruik schouders met een dikte gelijk aan de dikte van de hoofdwand
● Pas zo groot mogelijke afrondingen toe
Raadpleeg voor gedetailleerde richtlijnen deze MIT-handleiding.
A well-designed hinge is shown below. The recommended minimum thickness of the hinge ranges between 0.20 and 0.35 mm, with higher thicknesses resulting in more durable, but stiffer, parts.
{{img}}
*Example of a living hinge (left) and recommended design dimensions for PP or PE (right)*
Before going to full-scale production, prototype your living hinges using
CNC machining or
3D printing to determine the geometry and stiffness that best fits your application. Add generous fillets and design shoulders with a uniform wall thickness as the main body of the part to improve the material flow in the mold and minimize the stresses. Divide hinges longer than 150 mm in two (or more) to improve lifetime.
For detailed guidelines, please refer to this MIT guide.
For best results:
-
Design hinges with a thickness between 0.20 and 0.35 mm
-
Select a flexible material (PP, PE or PA) for parts with living hinges
-
Use shoulders with a thickness equal the thickness of the main wall
-
Add fillets as large as possible
Pletribben (Crush ribs)
Pletribben (Crush ribs) vervormen en creëren frictie tussen het onderdeel en het ingebrachte component, woorden het op zijn plaats wordt gehouden.
Dit is een snelle en voordelige methode om lagers of andere inzetstukken in uw ontwerpen te verwerken. Overweeg in plaats daarvan een drukfitting voor hoogwaardige toepassingen.
Bij het ontwerpen van pletribben (crush ribs):
● Gebruik drie circulaire ribben met een radius van 2 mm
● Voeg een overlapping van min. 0,25 mm toe tussen de rib en het inzetstuk
● Voeg opzet toe aan het gat, maar niet aan de ribben
Hieronder ziet u een voorbeeld van een onderdeel met ribben. Voor een goede uitlijning wordt het gebruik van drie crush-ribben aanbevolen. De aanbevolen hoogte / radius voor elke rib is 2 mm. Voeg een minimum interferentie van 0,25 mm toe tussen de drukrib en het gemonteerde onderdeel. Vanwege het kleine oppervlakcontact met de mal, kunnen crushribs worden ontworpen zonder tochthoek.
Voor de beste resultaten:
Belettering & symbolen
Tekst, logo’s en andere symbolen kunnen op het oppervlak van spuitgegoten onderdelen worden gegraveerd of gedrukt.
Hier volgen enkele tips voor het toevoegen van tekst:
● Geef de voorkeur aan opdrukken in plaats van graveren
● Plaats tekst haaks op de scheidingslijn
● Hanteer een hoogte (of diepte) van meer dan 0,5 mm
● Gebruik een lettertype met uniforme letterdikte
● Het letterformaat moet tenminste 20 punten zijn
Voor de beste resultaten:
Toleranties
Normaliter levert spuitgieten onderdelen op met toleranties van ± 0,500 mm (0,020’’).
In bepaalde omstandigheden zijn kleinere toleranties haalbaar (tot slechts ± 0,125 mm - en zelfs ± 0,025 mm), maar dit brengt aanzienlijk hogere kosten met zich mee.
Overweeg, voor kleine productieaantallen (<10,000 stuks), een secundaire handeling toe te passen (zoals boren) om de nauwkeurigheid te verbeteren. Dit zorgt voor de juiste interferentie van het onderdeel met andere componenten of inzetstukken (bijvoorbeeld bij gebruik van drukfittingen).
Ontwerpregels voor spuitgieten
Laten we eens kijken hoe deze procesrestrictie kan worden vertaald naar bruikbare ontwerprichtlijnen.
In de volgende delen geven we een samenvatting van de belangrijkste ontwerpregels om op te volgen bij het ontwerpen van onderdelen voor spuitgieten, ook geven we tips over het op de juiste manier ontwerpen van de meest gangbare aspecten die in spuitgegoten onderdelen terug te vinden zijn.
Gebruik een constante wanddikte
Aanbevolen dikte: 1 mm en 3 mm
Ontwerp altijd onderdelen met de kleinst mogelijke (en constante) wanddikte, om vervorming en zinken te voorkomen.
Als dikkere delen vereist zijn, hol ze dan uit en gebruik ribben om rigiditeit toe te voegen. Onthoud dat elke 10% toename in wanddikte ongeveer 30% rigiditeit toevoegt.
Bekijk wanddikte aanbevelingen voor specifieke materialen →
Een wanddikte tussen 1,2 mm en 3 mm is voor de meeste materialen een veilige waarde. De volgende tabel vat specifieke __ aanbevolen wanddiktes__ samen voor enkele van de meest voorkomende spuitgietmaterialen:
Voor de beste resultaten:
Hol dikke delen uit
Dikke secties kunnen tot verschillende defecten leiden, waaronder kromtrekken en zinken. Het is essentieel om de maximale dikte van een deel van uw ontwerp te beperken tot de aanbevolen waarden door ze __ te maken.
Om de sterkte van holle profielen te verbeteren, gebruik ribben om constructies te ontwerpen met gelijke sterkte en stijfheid maar met verminderde wanddikte. Een goed ontworpen onderdeel met holle secties wordt hieronder getoond:
Ribben kunnen ook worden gebruikt om de stijfheid van horizontale secties te verbeteren zonder hun dikte te vergroten. Onthoud echter dat de beperkingen voor wanddikte nog steeds van toepassing zijn. Het overschrijden van de aanbevolen ribbeldikte (zie hieronder) kan leiden tot zinksporen.
Voor de beste resultaten:
Maak vloeiende overgangen
Aanbevolen: 3 × wanddikte verschil
Soms kunnen delen met verschillende wanddiktes niet worden voorkomen. Gebruik in die gevallen een afschuining of afronding om de overgang zo vloeiend mogelijk te maken.
Zo ook moet de basis van verticale aspecten (zoals ribben, nokken, snap-fittingen) ook altijd worden afgerond.
Rond alle randen af
Interne randen: > 0,5 × wanddikte
Externe randen: interne afronding + wanddikte
De regel voor constante wanddikte moet ook worden toegepast op de hoeken van het onderdeel. Voeg op alle interne en externe randen een afronding toe met een zo groot mogelijk radius.
Voor de beste resultaten:
Trekhoeken toevoegen
Aanbevolen minimum: > 2°
Voeg een opzet toe aan alle verticale wanden om het uitwerpen van het onderdeel te vergemakkelijken en sleepsporen te voorkomen. Als ze een functioneel doel hebben kunnen buitenwanden zonder opzet worden gelaten (zie Legosteentjes).
Stel in de volgende gevallen een groter dan aangeraden trekhoek in:
● Verhoog voor onderdelen hoger dan 50 mm, de opzet met 1° voor elke 25 mm
● Verhoog voor onderdelen met getextureerde afwerking de opzet met een extra 1°-2°
Een goede vuistregel is om de trekhoek met één graad te verhogen voor elke 25 mm. Voeg bijvoorbeeld een concepthoek van 3 o graden toe aan een object dat 75 mm hoog is. Een grotere trekhoek moet worden gebruikt als het onderdeel een gestructureerde oppervlakteafwerking heeft. Voeg als vuistregel 1 o tot 2 o extra graden toe aan de resultaten van de bovenstaande berekeningen.
Onthoud dat tochthoeken ook nodig zijn voor ribben. Houd er echter rekening mee dat het toevoegen van een hoek de dikte van de bovenkant van de rib vermindert, dus zorg ervoor dat uw ontwerp voldoet aan de aanbevolen minimale wanddikte.
__Voor de beste resultaten:__
Part 3
Spuitgietmaterialen
Voor spuitgieten kan een breed assortiment kunststoffen worden gebruikt. In dit onderdeel komt u meer te weten over de belangrijkste eigenschappen van de populairste materialen. We gaan ook kijken naar de standaard oppervlakteafwerkingen die kunnen worden toegepast op spuitgegoten onderdelen.
Spuitgietmaterialen
Alle thermoplasten kunnen worden spuitgegoten. Ook zijn bepaalde thermoharders en vloeibare siliconen geschikt voor het spuitgietproces.
Ze kunnen ook worden verstevigd met vezels, rubberdeeltjes, mineralen of vlamremmende middelen om hun fysieke eigenschappen aan te passen. Glasvezel kan bijvoorbeeld met de korrels worden vermengt in verhoudingen van 10%, 15% of 30%, wat resulteert in onderdelen met hogere rigiditeit.
Een additief dat vaak wordt gebruikt om de stijfheid van de spuitgegoten onderdelen te verbeteren, is glasvezel. De glasvezels kunnen worden gemengd met de pellets in verhoudingen van 10%, 15% of 30%, wat resulteert in verschillende mechanische eigenschappen.
Kleurstof kan aan het mengsel worden toegevoegd (in een verhouding van ongeveer 3%) om een grote verscheidenheid aan gekleurde delen te creëren. Standaardkleuren zijn rood, groen, geel, blauw, zwart en wit en ze kunnen worden gemengd om verschillende tinten te creëren.
Oppervlakteafwerkingen & SPI-normen
Spuitgegoten onderdelen worden meestal niet nabewerkt, maar de matrijs zelf kan tot verschillende niveaus worden afgewerkt.
Daarmee kunnen esthetische wensen (bijvoorbeeld een spiegelend of mat oppervlak) of technische vereiste (bijvoorbeeld een specifieke oppervlakteruwheid of toleranties) worden gerealiseerd.
De Society of Plastics Industry (SPI) heeft verschillende standaard afwerkingsprocedures die resulteren in verschillende oppervlakteafwerkingen van het onderdeel.
| Afwerking | Beschrijving | Toepassing |
|---|---|---|
| Glanzende afwerking SPI-norm: A-1, A-2, A-3 |
De matrijs wordt gladgemaakt en dan gepolijst met een diamant polijstspons, waardoor onderdelen een spiegelachtige afwerking krijgen. | Geschikt voor onderdelen die de gladst mogelijke oppervlakteafwerking moeten krijgen of met functionele doeleinden (Ra < 0,10 μm) |
| Semi-glanzende afwerking SPI-norm: B-1, B-2, B-3 |
De matrijs wordt gladgemaakt met een heel fijn schuurpapier, wat resulteert in onderdelen met een heel goede oppervlakte afwerking. | Geschikt voor onderdelen die goede visuele uitstraling moeten hebben, zonder hoogglans effect. |
| Matte afwerking SPI-norm: C-1, C-2, C-3 |
De matrijs wordt met fijn steenpoeder gladgemaakt, waarbij alle freessporen worden verwijderd. | Geschikt voor onderdelen met lage esthetische eisen maar die geen freessporen mogen vertonen. |
| Getextureerde afwerking SPI-norm: D-1, D-2, D-3 |
De matrijs wordt eerst gladgemaakt met fijn steenpoeder en vervolgens gezandstraald, wat resulteert in een getextureerd oppervlak. | Geschikt voor onderdelen die een satijnen of matte getextureerde oppervlakteafwerking moeten hebben. |
| Geen specifieke afwerking | De matrijs wordt afgewerkt naar inzicht van de operator. Gereedschapssporen kunnen zichtbaar zijn. | Geschikt voor niet-cosmetische, industriële onderdelen of verborgen componenten. |
Part 4
Kostenbesparende tips
Meer informatie over de voornaamste kostendrijvers bij spuitgieten en drie bruikbare ontwerptips die u zullen helpen de kosten te verlagen en uw project binnen het budget te houden.
Kostendrijvers bij spuitgieten
De voornaamste kostendrijvers bij spuitgieten zijn:
- Tooling-kosten bepaald door de totale kosten van het ontwerpen en frezen van de matrijs
- Materiaalkosten bepaald door het volume van het gebruikte materiaal en de prijs per kilo
- Productiekosten bepaald door de totale tijd dat de spuitgietmachine wordt gebruikt
Tooling-kosten zijn constant (vanaf $3.000 tot $5.000) en onafhankelijk van het aantal te produceren onderdelen, terwijl het materiaal en de productiekosten afhangen van de productieaantallen.
Voor kleinere producties (1.000 tot 10.000 stuks), hebben de tooling-kosten de grootste impact op de totale kosten (ongeveer 50-70%). Het is dus de moeite waard om uw ontwerp overeenkomstig aan te passen om het productieproces voor de matrijs te vereenvoudigen (en dus de kosten ervan te verlagen).
Voor grotere aantallen tot grootschalige productie (10.000 tot meer dan 100.000 stuks), wordt het aandeel van de tooling-kosten in de totale kosten overschaduwd door de materiaal- en productiekosten. Uw voornaamste ontwerpinspanningen moeten dus gericht zijn op het minimaliseren van zowel het volume van het onderdeel als de tijd die de gietcyclus in beslag neemt.
Hier hebben we enkele tips verzameld om u te helpen de kosten van uw spuitgietproject tot een minimum te beperken.
Tip #1: Houd het bij de matrijs zonder ondersnijdingen (straight-pull mold)
Zijdelingse actiekernen en andere in de matrijs verwerkte mechanismen kunnen de kosten van tooling met 15-30% verhogen. Dit vertaalt zich tot een minimum toename in de kosten van tooling van ongeveer $1.000 tot $1.500.
In een eerder deel onderzochten we manieren om om te gaan met ondersnijdingen. Als u uw project binnen budget wilt houden, gebruik dan geen zijdelingse actiekernen en andere mechanismen, tenzij strikt noodzakelijk.
Tip #2: Ontwerp het spuitgegoten onderdeel opnieuw om ondersnijdingen te voorkomen
Ondersnijdingen voegen altijd kosten en complexiteit toe, evenals onderhoud aan de mal. Een slim herontwerp kan ondersnijdingen vaak elimineren.
Tip #3: Maak het spuitgegoten onderdeel kleiner
Kleinere onderdelen kunnen sneller worden gevormd, wat resulteert in een hogere productie-output, waardoor de kosten per onderdeel lager worden. Kleinere onderdelen resulteren ook in lagere materiaalkosten en verlagen de prijs van de mal.
Tip #2: Voeg meerdere onderdelen toe aan dezelfde matrijs
In het vorige deel zagen we dat het gebruikelijk is om meerdere onderdelen in dezelfde matrijs toe te voegen. Normaliter passen er zes tot acht kleine, identieke onderdelen in dezelfde matrijs, in feite wordt daarmee de totale productietijd met ongeveer 80% verminderd.
Onderdelen met verschillende geometrieën passen mogelijk ook in dezelfde matrijs (zie het voorbeeld van het modelvliegtuig). Dit is een fantastische oplossing voor het verminderen van de totale kosten van een assemblage. De onderdelen moeten niet
Dit is een geavanceerde techniek:
In bepaalde gevallen, zijn de voornaamste delen van twee onderdelen in een assemblage hetzelfde. Met een beetje creativiteit in ontwerp, kunt u vormsluitpunten of scharnieren aanbrengen op symmetrische punten, waardoor het onderdeel in feite gespiegeld wordt. Zo kan dezelfde matrijs worden gebruikt om beide helften te produceren en worden de tooling-kosten dus gehalveerd.
Tip #5: vermijd kleine details
Voor het vervaardigen van een matrijs met kleine details zijn langere bewerkings- en afwerkingstijden nodig. Tekst is hier een voorbeeld van en kan zelfs gespecialiseerde bewerkingstechnieken vereisen, zoals het bewerken van elektrische ontladingen (EDM), wat resulteert in hogere kosten.
Tip #6: Gebruik afwerkingen van mindere kwaliteit
Afwerkingen worden meestal met de hand op de mal aangebracht, wat een duur proces kan zijn, vooral voor hoogwaardige afwerkingen. Als uw onderdeel niet voor cosmetisch gebruik is, breng dan geen dure hoogwaardige afwerking aan.
Tip #3: Minimaliseer het volume van het onderdeel door de wanddikte te verlagen
De wanddikte van uw onderdeel verminderen is de beste manier om het volume van het onderdeel te minimaliseren. Zo wordt niet alleen minder materiaal gebruikt, maar de spuitgietcyclus wordt ook versneld.
Door, bijvoorbeeld, de wanddikte te verlagen van 3 mm naar 2 mm kan de cyclustijd met 50% tot 75% worden verlaagd.
Dunnere wanden betekent dat de matrijs sneller gevuld kan worden. Bovendien koelen en stollen dunnere onderdelen veel sneller. Onthoud dat ongeveer de helft van de spuitgietcyclus bestaat uit het stollen van het onderdeel, waarbij de machine niet actief is.
Wees echter voorzichtig dat de rigiditeit van het onderdeel niet teveel wordt verminderd, tot het punt dat de mechanische prestaties eronder lijden. Ribben op de juiste plaatsen kunnen helpen de rigiditeit te verhogen.
Tip #8: Overweeg secundaire bewerkingen
Voor producties met een lager volume (minder dan 1000 onderdelen) kan het voordeliger zijn om een secundaire bewerking te gebruiken om uw spuitgegoten onderdelen te voltooien. U kunt bijvoorbeeld na het gieten een gat boren in plaats van een dure mal te gebruiken met zijdelingse kernen.
Part 5
Beginnen met spuitgieten
Uw ontwerp is gereed en geoptimaliseerd voor spuitgieten, wat nu? In dit deel doorlopen we de stappen die moeten worden genomen om van start te gaan met spuitgietproductie.
Stap 1: Begin klein & prototype snel
Maak en test, voordat u zich toelegt op dure spuitgiet-tooling, eerst een functioneel prototype van uw ontwerp.
Deze step is essentieel voor het lanceren van een succesvol product. Op deze manier kunnen ontwerpfouten vroegtijdig worden geïdentificeerd, als de wijzigingskosten nog laag zijn.
Er zijn drie oplossingen voor prototyping:
- 3D-printen (met SLS, SLA of Material Jetting)
- CNC-frezen met kunststof
- Spuitgieten van kleine aantallen met 3D-geprinte matrijzen
Deze drie processen kunnen realistische prototypes creëren voor vorm en functie, die goed overeenkomen met de uitstraling van het uiteindelijke spuitgietproduct.
Gebruik onderstaande informatie als een snelle vergelijkingshandleiding om te beslissen welke oplossing het meest geschikt is voor uw toepassing.
Prototyping met 3D-printen
Min. aantal: 1 onderdeel
Gebruikelijke kosten: $20 - $100 per onderdeel
Levertijd: 2 - 5 dagen
Meer informatie over het 3d-printproces →
Prototyping met CNC-frezen
Min. aantal: 1 onderdeel
Gebruikelijke kosten: $100 - $500 per onderdeel
Levertijd: 5 - 10 dagen
Meer informatie over het CNC-freesproces →
Prototyping met kleine producties spuitgieten
Min. aantal: 10 - 100 onderdelen
Gebruikelijke kosten: $1.000 - $4.000 totaal
Levertijd: 5 - 10 dagen
Meer informatie over het spuitgietproces →
Stap 2: Doe een “pilot run” (500 - 10.000 onderdelen)
Met het ontwerp afgerond, is het tijd om op basis van een kleine pilot run te beginnen met spuitgieten.
Het minimum bestelvolume voor spuitgieten is 500 stuks. Voor deze aantallen worden de matrijzen normaliter CNC-gefreesd van aluminium. Aluminium matrijzen zijn relatief eenvoudig en voordelig te produceren (vanaf ongeveer $3.000 tot $5.000) maar kunnen ca. 5.000 - 10.000 spuitgietcycli doorstaan.
In dit stadium variëren de kosten per onderdeel van zo’n $1 tot $5, afhankelijk van de geometrie van uw ontwerp en het geselecteerde materiaal. De gebruikelijke levertijd voor dergelijke bestellingen is 6-8 weken.
Laat u niet in verwarring brengen door de term “pilot run”. Als u slechts enkele duizenden onderdelen nodig hebt, dan zou dit de laatste productiestap zijn.
De onderdelen die worden geproduceerd met “pilot”-aluminiummatrijzen hebben fysieke eigenschappen en nauwkeurigheid gelijk aan onderdelen die worden geproduceerd met “grootschalige productie”-matrijzen van gereedschapsstaal.
Stap 3: Productie opschalen (meer dan 100.000 onderdelen)
Bij het produceren van gigantische aantallen identieke onderdelen (van 10.000 tot meer dan 100.000 stuks), is speciale spuitgiet-tooling vereist.
Voor deze aantallen worden de matrijzen CNC-gefreesd uit gereedschapsstaal, waardoor ze miljoenen spuitgietcycli meegaan. Ook zijn ze voorzien van geavanceerde aspecten om de productiesnelheden te maximaliseren, zoals “hot-tip gates” en complexe koelingskanalen.
De gebruikelijke kosten per eenheid in dit stadium variëren van een paar cent to $1 en de gebruikelijke levertijd is 4 tot 6 maanden, vanwege de complexiteit van het ontwerpen en produceren van de matrijs.
Part 6
Nuttige hulpmiddelen
In deze handleiding hebben we alles behandeld dat u nodig hebt om aan de slag te gaan met spuitgieten, maar er valt nog veel meer te leren.
Hieronder vermelden we, voor degenen die dieper op de stof in willen gaan, een lijst met de beste en nuttigste hulpmiddelen voor spuitgieten en andere digitale productietechnologieën.
Kennisbank
Hier hebben we alles benoemd dat u nodig hebt om te beginnen met spuitgieten. Er is echter nog veel meer te leren in onze Kennisbank - een verzameling technische artikelen over alle productietechnologieën, geschreven door experts van Protolabs Network en de productie-industrie.
Hier volgt een selectie van onze populairste artikelen over spuitgieten:
Andere handleidingen
Wilt u meer te weten komen over digitale productie? Er zijn meer technologieën om te verkennen: