Urformverfahren | manugoo #ProduktdesignWiki

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Urformverfahren gehören zu den wichtigsten Produktionsverfahren überhaupt!

Ohne urformende Verfahren sähe die Serienproduktion ganz anders aus.

 

Leider ist der Einstieg wie auch bei den anderen großen Fertigungsverfahren, wie z.B. Spanen, Fügen und Umformen, für kleine Unternehmen sehr aufwendig und in den meisten Fällen lohnt finanziell die Nutzung eines externen Dienstleisters.

 So scheint es zumindest. Wir haben uns in der letzten Zeit damit beschäftigt inwieweit wir Teile unserer Produktion selbst übernehmen können und insbesondere in der Kleinserie durch eigene Produktion Kosten sogar sparen können und in der Produktion unabhängiger werden.

Als Verfahren haben wir dabei insbesondere spanende und urformende Verfahren betrachtet, da diese zur Produktion unserer innovativen Produkte mit kleinem Bauraum hauptsächlich verwendet werden. Das spanende Werkzeug was hierbei besonders zu erwähnen ist ist natürlich eine CNC Fräse, aber dazu vielleicht in einem späteren Blog.

 Urformen wird grundsätzlich nach dem Aggregatzustand des zu veränderten Werkstoffs unterschieden. Eine Sonderrolle nimmt hierbei der 3D Druck ein.

Uns haben dabei vor allem die Verfahren mit geringem technischen Aufwand interessiert, denn wir planen keine Investition von mehreren Zehn- oder Hunderttausend Euro für Maschinen die über 1000 bar Druck aufbauen können. Die zu verarbeitenden Materialien sind aus ähnlichem Grund Kunststoff und Gips/Beton im flüssigen oder semi flüssigen Zustand.

Beton würde klassisch in eine Form gegossen werden und Kunststoff kann am effektivsten mit dem Spritzgussverfahren verarbeitet werden.

 Der Beton-Guss klingt hierbei erst einmal relativ simpel, die breiige Masse wird in eine im 3D Druck produzierte Form gegossen und härtet dort aus. Zumindest solange bis mal das erste Mal versucht hat ein Bauteil aus seiner Form zu entfernen. Zumindest bei festen Formen stößt man hier im kleinen Rahmen sehr schnell an die Grenze der Entformbarkeit.

Unser nächster Schritt hier wird sein im FFF Verfahren mit Silikon-Filamenten zu arbeiten und im SLA Verfahren mit elastischen Resins. Wichtig ist hierbei eine Form die “Entformbar” ist. Bei der Gestaltung der Form muss also auf Entformungsschrägen und ausreichende Rundungen geachtet werden. Je nach Form müssen entsprechende Sümpfe eingeplant werden. Außerdem muss vor der Befüllung der Form ein Öl als Trennmittel aufgetragen werden. Empfohlen werden hierzu Hausmittel wie z.B. WD-40.

 Da wir bereits, in Zusammenarbeit mit dem 3D Start-Up Campus, viele und gute Erfahrungen mit 3D Druck im SLA und FFF Verfahren sammeln konnten möchten wir für den Formenbau auf dieses Verfahren zurückgreifen. Eine kurze Recherche zeigte auch im Spritzguss einige interessante Vorgehensweisen. So empfiehlt Formlabs (wir nutzen u.a. einen Form 2) die Herstellung von Spritzguss-Formen im SLA Verfahren aus High Temperature Resin. Dieses ist stabil bis zu Temperaturen von 238°C. Dies reicht zwar nicht für die häufigsten industrielle Kunststoffe welche bei 230-250°C spritzgegossen werden, jedoch für LDPE, einen weiteren beliebten Kunststoff im Spritzgussverfahren, der jedoch bereits bei 200°C verarbeitet wird. Ausführliche Tests von Formlabs in Zusammenarbeit mit Galomb Inc. wiesen bereits die Beständigkeit der Form bei bis zu 50 Urform Fertigungen nach.

Eine andere Methode wäre die Herstellung von Formen aus dem Material PEEK, welches jedoch mit den meisten gebräuchlichen 3D Druckern und auch allen uns zur Verfügung stehenden Druckern, nicht zu verarbeiten ist. Das temperaturresistente Material lässt sich erst bei Temperaturen um die 400°C drucken.

Spritzguss-Maschinen gibt es auch für kleine Unternehmen bereits in erschwinglichen Preiskategorien, dabei ist jedoch zu beachten, dass das maximale Gussvolumen sehr begrenzt ist. Neben dem Spritzguss könnte auch Kunststoff Schwerkraft gegossen werden, jedoch eignen sich nur wenige Kunststoffe für solche Gussverfahren innerhalb unseres möglichen Temperaturintervalls. Diese Werkstoffe sind für consumer products weitgehend ungeeignet, sodass sie ausschließlich als verlorene Form genutzt werden könnten, was jedoch wieder Abhängigkeit zu einer größeren Gießerei voraussetzt wenn es sich um mehr als Einzelstücke handelt.

 Unser Plan ist es daher so bald wie möglich die ersten eigenen spritzgegossenen Produkte anzubieten. Dabei übernehmen wir das gesamte Produktionsverfahren, vom Formenbau in zusammenarbeit mit dem 3D Start-Up Campus als auch dem Spritzguss selbst. Wie es weiter geht und wie unsere Erfahrungen sind werdet ihr dann hier als erstes erfahren. Solltet Ihr eigene Erfahrungen haben oder uns etwas Fragen wollen meldet euch einfach.