Die Produktion einer individuellen Tastatur aus Recycling-Plastik mit 3D-gedruckten Spritzgussformen
Juan Ignacio Carmona ist ein Produktdesigner aus Spanien, der für sein Abschlussprojekt den SLA-3D-Drucker (Stereolithografie) Form 3 und die Desktop-Spritzgussmaschine HoliPress eingesetzt hat.
Im Rahmen seines Projektes entwickelte er eine individuelle mechanische Tastatur, die zusammen mit der CAD-Software Blender genutzt werden kann. Die Tastenkappen bestehen aus recycelten Kunststoffteilen, die mithilfe von Formen aus Rigid 10K Resin, gedruckt auf dem Form 3, hergestellt werden.
Spritzgussteile in unter 24 Stunden? Einführung in den Spritzguss für Kleinserien
In diesem Webinar zeigen wir Ihnen, wie Sie in Ihrem Spritzgussverfahren Formen aus dem SLA-3D-Drucker einsetzen, um Kosten und Durchlaufzeiten zu verringern und bessere Produkte zu liefern.
Mit Recycling die Effizienz steigern
Entsorgte, FDM-3D-gedruckte ABS-Teile, die für dieses Projekt recycelt wurden.
ABS, ein aus Erdöl produzierter Thermoplast, ist eines der gängigsten Materialien für die Schmelzschichtung, oder FDM-3D-Druck, denn es ist haltbar und fest. Da dieser Kunststoff auf Erdöl basiert, ist er nicht biologisch abbaubar, doch als Thermoplast kann er recycelt werden, sofern er ordnungsgemäß von anderen Kunststoffen getrennt wird.
ABS ist ein ideales Gussmaterial und wird zum Gießen alltäglicher Kunststoffteile verwendet, wie zum Beispiel von LEGO-Bausteinen. Im flüssigen Zustand lässt sich ABS leicht formen und haftet nicht sehr, was eine enorme Präzision und feine Details ermöglicht und verhindert, dass das Material an der Form festklebt. Außerdem kühlt der Kunststoff schnell aus und weist nur eine geringe thermische Schrumpfung auf, wodurch der Gussprozess schnell und einfach wird.
Abgesehen von einer Steigerung der Ästhetik erhöhte die Nutzung von recyceltem ABS auch die Nachhaltigkeit des Produkts, denn das darin wiederverwertete Material wäre andernfalls zu Abfall geworden. Aber nicht nur der Umwelt dient die Wiederverwertung von Kunststoff: Die Nutzung von Recycling-Plastik kann auch Kunden anwerben, für die Nachhaltigkeit und Umweltschutz einen hohen Stellenwert haben.
Los Hacedores, der Formlabs-Partner mit Sitz in Madrid, mit dem Carmona im Rahmen seines Projektes kollaborierte, ist auf 3D-Druck und 3D-Modellierung spezialisiert und arbeitet häufig mit der Software Blender. Als kostenlose Open-Source-Software ist Blender eines der meistgenutzten Programme zur 3D-Modellierung weltweit, aber es ist auch dafür bekannt, kompliziert und schwer zu erlernen zu sein, da es über eine Vielzahl von Funktionen und Steuerungen verfügt.
Deshalb hat das Team von Los Hacedores die in Blender verwendeten Tasten des Ziffernblocks anhand ihrer Funktion farbig markiert, um ihre Benutzung zu erleichtern. Das Unternehmen konnte dadurch seine Effizienz und Effektivität steigern. Ziel des Projektes war es, durch Versuche mit Spritzguss einen eigenständigen Ziffernblock zu kreieren, der mit dem Computer kompatibel ist und Personalisierung zulässt, wie etwa die Zuteilung von Funktionen zu verschiedenen Tasten.
Spritzguss mit 3D-gedruckten Formen
Für sein Projekt nutzte Carmona einen SLA-3D-Drucker des Typs Form 3 und die Desktop-Spritzgussmaschine HoliPress.
Der Form 3 ist ein erschwinglicher professioneller 3D-Drucker in kompakter Größe, der über eine große Materialauswahl verfügt, einschließlich fortschrittlicher technischer Materialien für den Formenbau. Für die Herstellung der Gussformen testete Carmona verschiedene Kunstharze, unter anderem Grey Pro Resin, High Temp Resin und Rigid 10K Resin.
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Rigid 10K Resin ist aufgrund seiner Kombination aus Festigkeit, Steifigkeit und Wärmebeständigkeit das von Formlabs empfohlene Material für Spritzgussformen. Es ist ein stark glasgefülltes Material auf Industrieniveau mit einer Wärmeformbeständigkeitstemperatur (HDT) von 218 °C bei 0,45 MPa und einem Zugmodul von 10 000 MPa.
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High Temp Resin ist eine mögliche Alternative zu Rigid 10K Resin. Dieses Kunstharz hat eine Wärmeformbeständigkeitstemperatur von 238 °C bei 0,45 MPa – die höchste unter allen Formlabs-Kunstharzen – und hält somit hohen Gusstemperaturen statt. Allerdings sind Teile aus High Temp Resin spröder als solche aus Rigid 10K Resin, weswegen sie unter Druck deutlich früher brechen.
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Grey Pro Resin ist eine weitere Option, eignet sich jedoch nur für kleine Teile und geringe Stückzahlen, wie etwa beim Spritzgießen für den Desktop. Dieses Material sollte verwendet werden, wenn mit niedrigen Drücken und Temperaturen gearbeitet wird und die Maßgenauigkeit des spritzgegossenen Teils weniger entscheidend ist. Formen aus Grey Pro Resin biegen sich vor dem Brechen, wodurch die Form mit fortschreitender Nutzung an Passgenauigkeit verliert.
Die geschilderten Eigenschaften sind in der folgenden Tabelle zusammengefasst, wobei mehr Punkte eine bessere Leistung unter der jeweiligen Bedingung bedeuten.
| KRITERIEN | RIGID 10K RESIN | HIGH TEMP RESIN | GREY PRO RESIN |
|---|---|---|---|
| Hohe Spritzgusstemperatur und hoher Druck | ★★★ | ★★★ | ★ |
| Hohe Zyklusanzahl | ★★★ | ★ | ★ |
| Dünne Wände | ★★ | ★★★ | ★ |
| Verringerte Kunstharzkosten | ★ | ★★ | ★★★ |
Schnelles Spritzgießen von Kleinserien mit Formen aus dem 3D-Drucker
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3D-gedruckte Spritzgussformen aus Rigid 10K Resin.
Die HoliPress ist eine Spritzgussmaschine, die aus einer Röhre mit Widerständen zum Aufheizen und Schmelzen des Materials besteht. Dann kommt ein manuelles oder automatisiertes Ventil zum Einsatz, das das Material in die Form spritzt, wodurch komplexere Formen umgesetzt werden können als mit anderen Technologien.
Der fertige Ziffernblock mit recycelten Tasten.
Konventionelle Spritzgussmaschinen sind teuer und platzraubend, da sie für industrielle Umgebungen entwickelt wurden. Im Gegensatz dazu hat die HoliPress eine kompakte Größe und einen erschwinglichen Preis, was sie ideal für das Prototyping und die Kleinserienfertigung im eigenen Haus macht. Zudem ist sie dank ihrer thermischen Steuerung und des manuellen Ventils leichter zu benutzen. Zwar hat die Maschine eine geringere Fertigungskapazität (maximal 16 cm3), doch dies stellte für das Projekt aufgrund der kleinen Größe der benötigten Teile kein Problem dar.
Probieren Sie betriebsinternen Spritzguss selbst aus
Die spritzgegossenen Tasten aus recyceltem Plastik haben einzigartige Farben.
„Mit genug Zeit und Einsatz kann jeder in seinem eigenen Haus ähnliche Ergebnisse erzielen, ganz ohne große Anlagen oder Fabriken“, so Carmona.
Das Projekt verdeutlicht eindrucksvoll das Potenzial von Desktop-3D-Druck und Spritzguss und zeigt, welche Schönheit und Einzigartigkeit Produkte aus recycelten Materialien bergen können.
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