Prototyp einer Kreissäge mit Metallbauteilen und blauen FDM-Bauteilen

Funktionsprototypen

Bewährte und perfekte Designs dank anspruchsvoller, präziser Funktionstests

Moderne 3D-Drucktechnologie ermöglicht iterative, flexible Produktentwicklung. Funktionsprototypen mit strapazierfähigen Thermoplasten oder digitalen Materialien demonstrieren die Performance Ihrer zukünftigen Produkte – lange bevor Sie die Produktionswerkzeuge herstellen.

Simuliertes Overmolding

Mit festen und gummiartigen Materialien 3D-gedruckter bunter Prototyp eines Kopfhörers

PolyJet 3D-Druck-Technologie hat das Produktdesign durch die Möglichkeit revolutioniert, zwei oder mehr Materialien gleichzeitig einzusetzen. Dadurch können Prototypen durch Überspritzen von fertiggedruckten Teilen hergestellt werden.

PolyJet 3D-Druck-Überspritzung

Überspritzung beschreibt ein Formgebungsverfahren bei dem zwei oder mehr Materialien kombiniert werden, um ein Werkstück herzustellen. Typischerweise wird ein Werkstück aus festem Kunststoff mit einem gummiartigen Elastomer verbunden. Als Ergebnis erhält man eine griffsympathische, rutschfeste Oberfläche, wie sie bei elektrischen Werkzeugen, Zahnbürsten, Rasierapparaten, Geräten der Unterhaltungs- und Haushaltselektronik, medizinischen Geräten usw. zu finden ist.

Am Anfang eines überspritzten Werkstücks steht ein Modell aus einem starren, thermoplatischen Schichtträger. Auf diesen Schichtträger wird ein thermoplastisches Elastomer (TPE) aufgetragen. Der Kunststoffschichtträger und das TPE werden entweder durch Einlegespritzguss oder Mehrfachspritzguss verbunden.

Einlegespritzguss ist ein Zweischrittverfahren. Zuerst wird der starre Schichtträger modelliert. Dieser wird dann in einen Formeinsatz einer anderen Spritzgussmaschine gegeben und TPE wird direkt über den Schichtträger gespritzt. Im Gegensatz dazu werden beim Mehrfachspritzguss an einer Spritzgusspresse mehrere Materialien in einem Arbeitsvorgang aufgespritzt. Damit kann das TPE direkt nach dem Formen des Schichtträgers aufgetragen werden. Die Wahl der jeweiligen Methode richtet sich nach dem Produktionsvolumen, den Werkzeugkosten und dem Design der Werkstücke.

Rasierapparate, die mit digitalen Materialien gedruckt wurden.

Um den Anforderungen, die mit der Gestaltung eines überspritzten Produkts einhergehen, zu begegnen, werden in der Industrie verschiedene Verfahren zur Herstellung von Prototypen angewendet.

Option 1: Prototypen-Spritzgussformen

Spielen Zeit und Kosten eine untergeordnete Rolle, so besteht die optimale Methode darin, die Prototypen-Werkstücke durch Spritzguss mit dem ausgewählten Schichtträger und TPE-Materialien herzustellen. Bei Verwendung der Produktionsverfahren und -materialien besitzt der Prototyp die gleichen Charakteristika wie das Endprodukt. Die Nachteile dieses Verfahrens sind die hohen Kosten, der Zeitaufwand und seine schlechte Anpassbarkeit. Kosten und Lieferung hängen vom Umfang und der Größe ab. Bei diesem Prototyping-Verfahren bewegen sich die Kosten typischerweise im Bereich von 6.000 US$ bis 50.000 US$ und die Fertigstellung dauert zwischen drei und acht Wochen.

Option 2: RTV-Formen

Ähnlich wie beim Spritzgussverfahren wird beim RTV-Formbauverfahren eine Form für die Ausgestaltung des Trägerteils und eine andere für die überspritzten Bereiche verwendet. Jede Form benötigt eine Schablone, in die der flüssige Silikonkautschuk eingefüllt wird. Die Kosten für die Schablonen und Formen liegen typischerweise im Bereich von 1.000 US$ und 5.000 US$. Die Vorlaufzeit beträgt üblicherweise eine bis drei Wochen.

Terminologie

Überspritzen und damit verwandte Begriffe werden oft verwechselt und missverstanden. Dies beruht teilweise auf dem breiten Anwendungsspektrum mit mehrfach-Materialien, die über weiche Materialien und starre Substrate hinausgehen. Ein anderer Grund für die Unklarheiten ist, dass die Begriffe von den Eigenschaften der geformten Werkstücke oder dem zugrunde liegenden Verfahren abgeleitet wurden. Beispielsweise wird Überspritzen oft synonym mit Spritzgussverfahren verwendet. In diesem Zusammenhang beinhaltet Überspritzen die Formgebung weicher oder starrer Kunststoffe auf jeglichem Trägermaterial, einschließlich Metall.

Generell ist Mehrfachmaterial-Formgebung der korrekte Begriff wenn es um die Beschreibung aller Spritzgussformgebungsverfahren handelt, welche die Herstellung von Werkstücken aus zwei oder mehr Materialien angeht. Dieser Begriff schließt dann ein:

  • Mehrfachspritzguss
  • Mehrkomponenten
  • In-der-Form-Montage
  • Zweigfachspritzguss
  • Doppelspritzguss
  • Mehrfachinjektion
  • Einlegespritzguss
  • Überspritzung

Was ist das Besondere am Connex 3D-Druck?

Die Connex Druck-Systeme besitzen eine einzigartige Technologie, die zu den wichtigsten industriellen Neuerungen der letzten fünf Jahre zählt. Das Aufsprühen mehrerer Materialien erlaubt das Überspritzen in einem einzigen Arbeitsablauf. Ein Modell kann schnell und kostengünstig erstellt werden – ideal für Situationen, in denen das Design noch nicht endgültig feststeht. Diese Lösung ist sehr viel kostengünstiger und zeitsparender. Sie ersetzt in zunehmendem Maße den Spritzguss und das RTV-Formgebungsverfahren für die Prototypenherstellung.

In einem einzigen Arbeitsschritt und ohne großen Aufwand können Prototyp-Werkstücke gedruckt werden und so verschiedene Varianten eines überspritzten Produkts simuliert werden. Wie in der Fallstudie zu Vista erwähnt: "Connex erlaubt die Erprobung verschiedener Gestaltungsmöglichkeiten in kürzerer Zeit und bei geringeren Kosten."

Tipps für die 3D-Druck-Überspritzung

Generieren Sie eine Methode, die es Ihnen erlaubt, ein separates Werkstück auf Ihrem kompletten Gefüge aus starren und weichen Teilen zu errichten. Nutzen Sie anschließend die Connex-Fähigkeit, bis zu neun Materialien in einem Arbeitsschritt drucken zu können, und fügen Sie dem Modell jedes Teil hinzu und bewerten Sie das Endprodukt. Markieren Sie jedes Werkstück, das Sie bewerten mit dem entsprechenden Wert des Reibungskoeffizienten. Die Markierung hilf Ihnen zu einem späteren Zeitpunkt bei der Bestimmung, welches Werkstück die besten Ergebnisse in Ihrem Prüfkriterientest erzielt hat.

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