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Spritzguss, Formguss und Thermoformen mit 3D-Druck ergänzen

Durch die Kombination von Formenbau und Desktop 3D-Druck können Konstrukteure und Designer ihr Materialspektrum erweitern und das Potenzial von 3D-Druckern weit über das Prototyping hinaus zur Produktion nutzen.

Der Formenbau ermöglicht die Produktion kleinerer Serien von 150 bis 600 Stück oder die Prüfung von Gussformen, bevor verbindliche Entscheidungen über teure Werkzeuge getroffen werden. Produktdesigner, Unternehmer und Lehrkräfte stellen Gussformen her, um Kleinserien und komplexe Prototypen zu fertigen. Außerdem sind Gussformen nützlich für Testdurchläufe bei der Herstellung von Verbraucherprodukten aus Kunststoff sowie andere Situationen, in denen auf einfache und erschwingliche Art mehrere Exemplare eines Teils hergestellt werden müssen. Der 3D-Druck von Teilen als Ergänzung zum Formenbau ist in der Regel schneller und kostengünstiger als das CNC-Fräsen und einfacher als die Herstellung von Silikonformen.

Der 3D-Druck von Formen ist in der Regel kostengünstiger und einfacher als CNC-Fräsen oder Anfertigen von Silikonformen für Kleinserien.
Der 3D-Druck von Formen ist in der Regel kostengünstiger und einfacher als CNC-Fräsen oder Anfertigen von Silikonformen für Kleinserien.

In diesem Blogeintrag erläutern wir die drei Methoden zur Formenherstellung, die durch den 3D-Druck ergänzt werden können: Spritzguss, Formguss und Thermoformen. Wenn Sie sich eingehender mit diesen Techniken befassen und Design-Richtlinien für den Formenbau und 3D-Druck wünschen, laden wir Sie ein, sich unser neuestes Webinar anzusehen.

Formlabs Webinar: Formenbau mit 3D-Druck

Spritzguss

Der Spritzguss wurde 1872 von John Wesley Hyatt erfunden und funktionierte ursprünglich so ähnlich wie eine Injektionsspritze. Mit der Erfindung des Schneckenkolbens 1956 nahm die Spritzgießmaschine ihre heute übliche Gestalt an.

Beim modernen Spritzgießverfahren fördert der Schneckenkolben das Kunststoffgranulat durch einen Einfülltrichter in einen erwärmten Zylinder. Wenn das Granulat in die Nähe der Heizelemente kommt, schmilzt es und wird in den formenden Hohlraum gefördert und unter Druck gesetzt. Nachdem die Schmelze geformt und abgekühlt ist, wird das Teil ausgeworfen. Die Form kann erneut verwendet werden.

Ein USB-Gehäuse, das mit einer aus Hochtemperaturharz von Formlabs gedruckten Spritzgussform hergestellt wurde.
Ein USB-Gehäuse, das mit einer aus Hochtemperaturharz von Formlabs gedruckten Spritzgussform hergestellt wurde.

Der beim Spritzgießverfahren eingesetzte Kunststoff ist relativ kostengünstig und kann ein breites Spektrum an Eigenschaften annehmen. Daher ist der Spritzguss ein beliebtes Verfahren für die Fertigung von Verpackungen und Verbraucherprodukten. (Nebenbei erwähnt: LEGO-Teile, die sowohl widerstandsfähig als auch präzise sein müssen, werden im Spritzgießverfahren hergestellt.)

Die Formen können direkt mit einem 3D-Drucker und verschiedenen Materialien, wie den Standardharzen oder dem Hochtemperaturharz von Formlabs, gedruckt werden. Die Tests für unser Whitepaper über das Spritzgießen haben wir auf einer Spritzgussmaschine von Galomb, Modell-B100 (im Handel für etwa $3.500 erhältlich) durchgeführt.

Formguss

Der Formguss wird in vielen Industriesparten, insbesondere bei der Schmuckherstellung, eingesetzt. Er eignet sich für kleine und große Teile in verschiedensten Metallarten. Gießverfahren gibt es schon seit über 5000 Jahren. Sie ermöglichen die Arbeit mit einem breiten Spektrum von Materialien und gehören zu den einfachsten Methoden zur Herstellung von Metallteilen.

Beim Formguss wird eine Hohlform aus einer Mutterform (Matrize) hergestellt. Die Matrize kann handgefertigt oder 3D-gedruckt sein (siehe hierzu das Video von BJB Enterprises über die Herstellung von Silikonmodellen mit dem Form 2). Die Matrize wird in Gussmaterial wie Sand, Lehm, Beton, Epoxidharz, Gips oder Silikon versenkt. Das Gussmaterial erstarrt, Kunststoff oder Metall wird in die Form gegossen und die Matrize entweder entfernt oder ausgebrannt, um das endgültige Teil herzustellen.

Mit einem Material wie dem gussfähigen Kunstharz von Formlabs kann eine detaillierte Matrize gedruckt werden. Das Kunstharz wird ausgebrannt, wodurch eine wiederverwendbare Form entsteht.
Mit einem Material wie dem gussfähigen Kunstharz von Formlabs kann eine detaillierte Matrize gedruckt werden. Das Kunstharz wird ausgebrannt, wodurch eine wiederverwendbare Form entsteht.

Formen aus vulkanisiertem Kautschuk werden zur Serienfertigung von Wachsmodellen für den Feinguss von Metallteilen, wie beispielsweise Schmuck, kleine Industriebauteile und Spielfiguren, verwendet.

Thermoformen und Vakuumformen

Die beiden Prozesse Thermoformen und Vakuumformen ähneln dem Spritzgießverfahren insofern, als die endgültigen Kunststoffteile unter Zufuhr von Wärme und Druck hergestellt werden. Diese Methoden wurden erstmals in den 1940er Jahren zur Produktion von Flugzeughauben und Reliefkarten für das Militär eingesetzt. Heute werden sie in der Regel zur kostengünstigen Fertigung von Verpackungen verwendet, bei denen es nicht so sehr auf genaue Maße und einheitliche Materialstärke ankommt.

Die Verpackung für diesen Rasierer wurde mit dem Vakuumformverfahren angefertigt.
Die Verpackung für diesen Rasierer wurde mit dem Vakuumformverfahren angefertigt.

Beim Thermoformen wird eine erwärmte Kunststofffolie zwischen zwei Hälften der Gussform gepresst, um ein Teil zu produzieren. Beim Vakuumformen wird nur eine Hälfte der Gussform verwendet. Der Kunststoff wird mit Unterdruck über die Matrize gezogen. Die Anlagen für diese Methoden sind äußerst kostengünstig und können sogar selbst gebaut werden.

In diesem Diagramm stellt „A“ den Druck dar, der von der Negativform ausgeht. „B“ ist der Druck des über die Form gezogenen Kunststoffs und „C“ die Eigenwärme des Kunststoffs.
In diesem Diagramm stellt „A“ den Druck dar, der von der Negativform ausgeht. „B“ ist der Druck des über die Form gezogenen Kunststoffs und „C“ die Eigenwärme des Kunststoffs.

Design-Richtlinien zum 3D-Druck und Formenbau

Wenn Sie Teile für den Formenbau modellieren, müssen Sie Faktoren wie Druck, Ausgasung und Unterschiede beim Abkühlen und Erwärmen berücksichtigen. Schauen Sie sich unser Webinar Herstellung von Gussformen mit 3D-Druck an, um mehr über diese Design-Richtlinien und den richtigen Einstieg in diese Technik zu erfahren!

Formlabs Webinar: Making Molds with 3D Printing