Spritzguss ist eine Technik zur Herstellung von Teilen durch Einbringen von flüssigem Material in eine bestimmte Form. In der heutigen Fertigung ist dies von entscheidender Bedeutung, da damit große Stückzahlen hergestellt werden können.
Im Automobilsektor ist die Herstellung von Teilen wie Armaturenbrettern, Stoßstangen und Innenverkleidungen ohne Spritzguss nicht möglich. Das Spritzgussverfahren für Automobilteile ermöglicht die Herstellung dieser Komponenten.
Was ist Automobil-Spritzguss?
Spritzguss ist ein Verfahren zur Entwicklung von Autoteilen, bei dem flüssige Materialien in eine bestimmte Form gespritzt werden. Im Automobilsektor werden damit häufig komplizierte, aber leichte Teile hergestellt.
Arten des Spritzgießens
Es gibt verschiedene Arten von Spritzgusstechniken:
2K Spritzguss
Beim 2K-Spritzgießen werden zwei verschiedene Farben oder Materialien nacheinander eingespritzt, wobei zwei völlig unterschiedliche Schablonen verwendet werden. Ein Zweifarbenkombinationsdesign, das unterschiedliche Formen erfordert, kann sogar ein Biegen nach dem Platzieren des ersten Teils ermöglichen.
Formenbauer erstellen Formen, indem sie unter Verwendung von Zusatzstoffen, Farben oder Lacken ein anderes Teil in das fertige Teil einspritzen.
Um das Endprodukt fertigzustellen, müssen einige Materialien möglicherweise noch weiter gemischt oder verschmolzen werden.
Daher ist der Herstellungsprozess kostspielig, da für jede Vorlage unterschiedliche Werkzeuge und Teile erforderlich sind.
Dadurch wird die Materialauswahl auf die Herstellung relativ einfacher Produkte beschränkt.
Daher sind Produkte, die derartige Formen erfordern, von begrenzter Natur, weisen eine hohe Festigkeit, aber relativ geringe Kosten auf.
Daher wird ein flexibler Herstellungsprozess, der einfacher zu implementieren ist, für die Herstellung von starken, spröden Teilen oder beidem stark nachgefragt. Darüber hinaus können zwei Materialien, die beide gleich sind, aber zwei unterschiedliche Vorlagen erfordern, in eine gebaute Vorlage eingespritzt werden.
Umspritzen
Beim Überspritzen wird eine weitere Materialschicht auf ein vorhandenes Bauteil oder Substrat aufgebracht oder es wird beschichtet. Das Substrat wird in die Formhöhle gelegt und dann wird das Überspritzmaterial in die Form eingespritzt.
Formenbauer sorgen durch die Gestaltung spezieller Hohlräume für eine gleichmäßige Materialdiffusion in der Kavität. Das Umspritzmaterial kühlt ab und härtet auf dem Substrat aus. Viskosität, Einspritztemperatur und Druck des Materials werden während dieses Prozesses streng kontrolliert.
Formteil einlegen
Insert Molding ist der Prozess des Formens von Kunststoffprodukten, die Einsätze, insbesondere Metalleinsätze, enthalten. Metalleinsätze werden in die Formhöhle gestanzt und Kunststoffmaterial wird um sie herum gespritzt.
Formenbauer entwerfen Hohlräume um den Einsatz herum, damit diese beim Formen genau platziert werden. Sobald sie an der richtigen Stelle sind, wird das geschmolzene Kunststoffmaterial hineingegossen, um abzukühlen und auszuhärten, bevor es mit dem Metalleinsatz verschmolzen wird.
Dies bedeutet, dass der geformte Kunststoff als Griff um die Metalleinsätze herum fungiert und eine starke Verbindung bildet.
Materialien für den Automobil-Spritzguss
Die verwendeten Materialien können je nach Art der Arbeit in diesem Prozess unterschiedlich sein. Ein üblicher Kunststoffspritzguss umfasst ABS, das üblich ist, also Polycarbonat und auch Polypropylen. Mit modernen Materialien verstärkte Verbundwerkstoffe werden häufig verwendet, um Robustheit und dauerhafte Leistung zu verbessern.
Durch den Einsatz dieser Materialien können Hersteller auf die Nachfrage nach leichten, robusten und modernen Komponenten für Neufahrzeuge reagieren.
Vorteile des Auto-Spritzgusses
Präzisionstechnik und Effizienz
Da Teile mit engen Toleranzen für die Herstellung durch Polymer-Spritzguss im Automobilbereich entwickelt werden, minimieren sie Produktionsfehler und steigern die Effizienz. Einzelne Teile werden nach den erforderlichen Mindeststandards hergestellt, was den gesamten Prozess verbessert.
Produktion großer Stückzahlen und lange Produktionsläufe
Dieses Verfahren eignet sich am besten für die Massenproduktion verschiedener Teile. Es ermöglicht den Herstellern, viele Teile in kurzer Zeit und zu geringen Kosten herzustellen. Langfristiges Spritzgießen ist gut geeignet, um die Qualität bei Massenproduktion aufrechtzuerhalten.
Maßgeschneiderte Formlösungen
Spritzguss bietet maßgeschneiderte Optionen für den Automobilsektor. Es ermöglicht die Herstellung von Teilen mit unterschiedlichen Formen, Abmessungen und anderen Formeigenschaften. Diese Anpassbarkeit erfüllt die verschiedenen Anforderungen moderner Fahrzeuge und ihrer Formen und Anwendungen.
Leichtbau und Fahrzeugelektrifizierung
Ein weiterer wichtiger Vorteil des Einspritzverfahrens ist die Gewichtsreduzierung. Es verringert die Masse der in einem Fahrzeug eingebauten Komponenten und verbessert so dessen Funktionalität, Kraftstoffeffizienz und Leistung. Leichte Teile sind für Elektro- und Hybridautos von entscheidender Bedeutung.
Vergleich von Spritzguss und alternativen Fertigungsmethoden
Formpressen
Bei diesem Verfahren wird Material in einer Formhöhle durch Hitze und Druck geformt. Es wird häufig für große, flache oder mäßig gekrümmte Teile verwendet, wie etwa Karosserieteile und Strukturkomponenten.
Im Vergleich zum Spritzguss ist es im Allgemeinen langsam und für komplexe Geometrien nicht so gut geeignet. Große Teile und faserverstärkte Materialien lassen sich jedoch problemlos verarbeiten und weisen eine gute strukturelle Festigkeit auf.
Stempeln
Beim Stanzen wird Blech mithilfe einer Matrize und einer Presse geformt. Es ist ideal für die Massenproduktion dünner, flacher Teile wie Karosserieteile und Halterungen. Stanzen ist gut für Geschwindigkeit und Kosten bei der Massenproduktion.
Allerdings können damit nur Teile mit einfachen Formen hergestellt werden und bei komplexen gekrümmten Formen oder Teilen mit unterschiedlichen Dicken ist es weniger effektiv als das Spritzgießen.
Anwendungen des Automobilspritzgusses
Spritzguss ist bei der Herstellung von Außenteilen von Autos, einschließlich Karosserie, Stoßfängern und Verkleidungen, sehr beliebt.
Außerdem fertigt das Unternehmen Komponenten für Stromversorgungssysteme, wie Batteriegehäuse, und Komponenten für Sichtsysteme, wie Scheinwerfer- und Rücklichtgehäuse. Diese Teile sind für die Leistung und Sicherheit des Autos wichtig.
Gesamtfahrzeuge und Sitzsysteme
Die wichtigste Komponente bei der Herstellung von Sitzsystemen sind die im Druckgussverfahren hergestellten Sitzkomponenten wie Sitzrahmen, Sitzpolster und Verkleidungen.
In einigen Fällen wird das Verfahren in die Herstellung kompletter Fahrzeuge integriert, beispielsweise von leichten Elektro- und Hybridfahrzeugen.
Spritzguss in der Medizin- und Elektronikfertigung
Im weiteren Rahmen wird das Spritzgießen auch zur Herstellung medizinischer Instrumente und Geräte eingesetzt. Die Ausgangskomponenten solcher Geräte, die Spritzgusskunststoff enthalten, sind Komponenten aus anderen Kunststoffmaterialien.
Ebenso wichtig ist das Spritzgießen bei der Herstellung von Elektronik, bei der zylindrische Gehäuse, röhrenförmige Verbindungsstücke und Schaltungsteile hergestellt werden.
Spritzguss in industriellen und landwirtschaftlichen Anwendungen
Spritzguss ist auch in der Industrie und Landwirtschaft wichtig. Damit lassen sich robuste, widerstandsfähige Teile für schwere Geräte, Maschinen und Werkzeuge herstellen. Dank dieser Flexibilität kann Spritzguss in vielen Branchen zum Einsatz kommen und gleichzeitig hochwertige Teile liefern, die effizient, präzise und zuverlässig sind.
Auswirkungen der additiven Fertigung auf den Automobil-Spritzgussprozess
Was genau ist Additive Technologie?
3D-Druck oder Additive Technologie ist die Praxis, dreidimensionale Strukturen aus einer digitalen Datei mithilfe von 3D-Kreativitätstechniken zu erstellen. Bei diesem Verfahren wird das Material integriert und die Struktur Schicht für Schicht aufgebaut.
Diese Technologie steigert den Grad der Komplexität der herstellbaren Formen. Mit herkömmlichen Methoden wäre die Herstellung dieser Formen äußerst schwierig oder unmöglich.
3D-Druck findet sich in vielen verschiedenen Formen, unter anderem in der Automobilindustrie. Normalerweise wird 3D-Druck zum Erstellen von Prototypen, Werkzeugen und sogar zur Herstellung von Teilen eingesetzt.
Vorteile von Fused Deposition Modeling im Formenbau
Der größte sichtbare und spürbare Pluspunkt ist die Geschwindigkeit, mit der Formen entworfen und erstellt werden können. Einige andere Vorteile sind hiervon noch deutlicher. Ein großer Nachteil der Formenherstellung sind die damit verbundenen Kosten und der Zeitaufwand.
An der Verwendung von Formen führt kein Weg vorbei. Mit dem 3D-Druck ist es jedoch ganz einfach, Prototypen in kürzester Zeit zu entwerfen und herzustellen.
Traditionelle Ansätze werden komplett umgekehrt, da jetzt nur das Notwendige hinzugefügt wird. Dies ist ein umweltfreundlicherer Ansatz zur Abfallreduzierung.
Dennoch dauert der Entwurfs- oder Überarbeitungsprozess weniger lang als sonst. Dadurch können Unternehmen neu gestaltete Produkte schneller erstellen und testen.
Fertigungsunternehmen, die additive Fertigung nutzen
Viele Unternehmen nutzen additive Fertigung neben dem Spritzguss. Nicolet Plastics erstellt Prototypenformen im 3D-Druckverfahren, mit dem sie Designs testen können, bevor sie mit der Massenproduktion beginnen.
Auch Sare Plastics verwendet 3D-Druck zur Herstellung von Formen. Diese Formen werden für Kleinserien und kundenspezifische Teile verwendet. Diese Unternehmen profitieren von einer schnellen Produktion und Kostenvorteilen bei gleichzeitig hervorragender Qualität.
DFM im Automobil-Spritzguss
Rolle des DFM beim Spritzgießen
DFM ist einer der wichtigsten Aspekte beim Spritzgießen von Automobilen. Dabei geht es um die Herstellung von Komponenten, indem diese so konzipiert werden, dass sie wirtschaftlich herzustellen sind.
DFM ist definitiv hilfreich, um Produktionsprobleme zu vermeiden, Ausschussraten zu reduzieren und die Herstellungskosten zu senken.
Insgesamt ist vorstellbar, dass fertigungsoptimierte Bauteile eine höhere Wirtschaftlichkeit erreichen und zuverlässiger sind.
DFM-Prozesse legen fest, welche Geräte und Materialien bei der Herstellung des Teils verwendet werden und welche Anforderungen erfüllt werden müssen.
DFM-Faktoren für die Automobilindustrie
Auch einige Faktoren der Automobilindustrie müssen beim DFM berücksichtigt werden.
Ein wichtiger Faktor ist beispielsweise die Geometrie der herzustellenden Teile: Sie muss so gestaltet sein, dass Hinterschneidungen vermieden werden und sich das Teil leicht aus der Form lösen lässt.
Bei Bauteilen mit unterschiedlicher Wandstärke ist ein Versagen aufgrund von Verformungen und anderen Materialproblemen wahrscheinlich, daher ist eine einheitliche Dicke erforderlich. Die Materialauswahl ist auch im Hinblick auf Festigkeit, Haltbarkeit und Kosten wichtig.
Darüber hinaus muss das Bauteildesign so gestaltet sein, dass es mit Formteilen gespritzt werden kann, um die Produktionseffizienz zu steigern.
Elemente wie integrierte Schnappverschlüsse, innere Rippen und äußere Vorsprünge können eingesetzt werden, um Teile zu verstärken, ohne sie zu verkomplizieren oder die Kosten zu erhöhen.
DFM bedeutet auch, die allgemeine Technologie zu kennen, um die Teile möglichst schnell und kostengünstig herzustellen.
Spritzgussmaterialien für die Automobilindustrie
Beim Spritzgießen von Automobilteilen werden je nach Bedarf unterschiedliche Materialien verwendet. Polypropylen, ABS und Polycarbonate sind die gängigsten Kunststoffe. Diese Kunststoffe sind relativ kostengünstig, leicht und sehr stabil.
Sie eignen sich ideal für viele Automobilkomponenten. Zum Einsatz kommen moderne Materialien wie glasfaserverstärkte Nylon- und kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe und verstärkte Verbundwerkstoffe.
Diese Materialien bieten eine bessere Festigkeit sowie Hitze- und Schlagfestigkeit und sind daher für hochwertige Automobilkomponenten interessant.
Die Auswahl neuer, fortschrittlicher Materialien muss bestehende Lösungen unterstützen und dieses Fachwissen und diese Kenntnisse müssen erreicht werden. Dies bedeutet, dass die richtigen, erschwinglichen Alternativen vorhanden sein müssen.
Experten für Automobilmaterialien sind sich der Eigenschaften verschiedener Materialien bewusst und kennen die Besonderheiten der Materialwissenschaften.
Dadurch wird die Leistung des Fahrzeugs weiter gesteigert. Materialwissenschaftler unterstützen Hersteller bei der Einhaltung von Sicherheits-, Nachhaltigkeits- und Umweltvorschriften.
Fallstudien zum Automobil-Spritzguss
Erfolgreich umgesetzte Projektbeispiele mit Projekten, die vielen Autozulieferern als Vorbild dienen
Im Automobil-Spritzguss gibt es mehrere erfolgreiche Projekte, die zeigen, wie man mit thermoplastischen Polymeren und Verbundwerkstoffen arbeitet. In einem dieser Fälle geht es um die Entwicklung leichter Materialien für Innenkomponenten in Elektroautos.
Das Hauptanliegen bestand darin, das Gewicht zu reduzieren und gleichzeitig die üblichen Sicherheits- und Festigkeitsanforderungen einzuhalten.
Dieses Problem konnte durch neue Materialien wie kohlenstofffaserverstärktes Kunststoffmaterial gelöst werden. Durch die Verbesserung der Materialien konnte eine hervorragende Leistung erzielt und gleichzeitig das Eigengewicht des Fahrzeugs minimiert werden.
Die Herstellung von Z-gedruckten Produkten mit engen Toleranzen stellte eine Herausforderung dar. Die Lösung war die Fähigkeit des 2K-Spritzgusses, mehrere Verbindungen zu einem Teil zu kombinieren, was die Präzisionsfertigung aller Komponenten ermöglichte.
Das Ergebnis sind eine verbesserte Produktivität und niedrigere Herstellungskosten. Beide Beispiele zeigen, wie Entwicklungen in der Spritzgusstechnologie zu erfolgreichen Ergebnissen führen.
Fazit
Die Aussichten für den Automobilsektor im Hinblick auf Spritzguss sind vielversprechend. Neue Materialien und Technologien werden die Effizienz und Leistungsfähigkeit weiter steigern.
Da Fahrzeuge immer komplexere Designs aufweisen, wird der Markt für Komponenten von höchster Qualität wachsen. Die Zusammenarbeit mit erfahrenen Zulieferern wird dazu beitragen, die erwartete Qualität und Innovation zu wettbewerbsfähigen Preisen zu liefern.
