Kunststoffumspritzung ist eine der bevorzugten Methoden zur Herstellung von Prototypen. Umspritzte Prototypenteile können zur Voransicht oder zum Testen von thermoplastischen Teilen vor ihrer industriellen Fertigung in größeren Stückzahlen konzipiert werden. Welche verschiedenen Techniken gibt es und welche Vorteile bieten sie? Wann sollte man sich für Kunststoffspritzguss und wann für Vakuumguss entscheiden? Hier ein Überblick über das Umspritzen mit Kunststoffen bei der Herstellung von Prototypen oder Vorserien.

Was ist Kunststoffumspritzung?

In der Kunststofftechnik bedeutet Kunststoffumspritzung, dass eine zusätzliche Materialschicht auf ein bereits geformtes Teil gespritzt wird. Bei diesem Verfahren, das in vielen Branchen für die schnelle Herstellung von Prototypen oder Kleinserien verwendet wird, wird das ursprüngliche Teil mit einem neuen Kunststoff kombiniert oder einem Inlay aus einem anderen Material versehen, um ein bestimmtes, vom Hersteller angestrebtes Ergebnis zu erreichen.

Um dieses zusätzliche Formverfahren durchzuführen, gibt es mehrere präzise Techniken, wie z. B. Kunststoffspritzguss und Vakuumguss. Außerdem kann der Schritt des Kunststoffumspritzens je nach Art der Anlage und der angewandten Methode durchgeführt werden:

• Im 2K-Spritzgussverfahren, d. h. in derselben Form, unmittelbar nach dem ersten Spritzvorgang jedes einzelnen produzierten Teils,
• oder zeitversetzt, in einer zweiten Form, nach dem ersten Guss und dem Abkühlen aller zu umspritzenden Teile.

Warum sollte man beim Prototypenbau auf Kunststoffumspritzung zurückgreifen?

Das Verfahren des Kunststoffumspritzens erweist sich als besonders nützlich und effizient, wenn es darum geht, Prototypen von hochwertigen Kunststoffteilen in kurzer Zeit und mit einem angemessenen Budget zu entwerfen. Ob es sich um die Erkundung neuer Wege handelt, die in der Forschung und Entwicklung untersucht werden, oder um die Validierung von Tests vor dem Start der Großproduktion eines strategisch wichtigen Teils, das Kunststoffumspritzen eröffnet zahlreiche Möglichkeiten im Prototypenbau oder in der Vorserie. Man kann z.B.:

• eine Verbesserung vornehmen,
• das Design, die Form oder die Farbe ändern,
• mit einer anderen Oberfläche oder Textur experimentieren,
• die Ergonomie oder die Leistungsdaten optimieren,
• neue mechanische Eigenschaften oder Funktionalitäten integrieren,
• den Schutz verstärken oder einen Einsatz schützen,
• das Material für den Zusammenbau mit einem anderen Teil kompatibel machen,
• oder ein anderes vom Hersteller gewünschtes Merkmal prüfen.

Um einen Prototypen gemäß dem Pflichtenheft mit einem Höchstmaß an Genauigkeit und Zuverlässigkeit zu entwickeln, ist die Wahl der Kunststoffumspritzungstechnik von großer Bedeutung. Während das Kunststoffspritzgussverfahren am besten für die Herstellung bestimmter Arten von Teilen in kleinen Serien geeignet ist, ist das Vakuumgießverfahren am besten für die Herstellung von Prototypen und die Überprüfung bestimmter Elemente vor der Industrialisierung geeignet. Sehen wir uns die Vorteile der einzelnen Verfahren genauer an und in welchen Fällen das eine Verfahren dem anderen vorzuziehen ist, um technische Teile zu umspritzen.

Welches Kunststoffumspritzungsverfahren sollte man für die Herstellung von Prototypen wählen?

Bei der Entwicklung von Prototypen und der Herstellung von Kunststoffteilen in kleinen Mengen mit vorgesehenen Overmouldings können ein oder mehrere Montageschritte entfallen oder umgangen werden. Dies kann bei knappen Zeitbudgets eine erhebliche Zeit- und Kostenersparnis bedeuten. Dazu muss man sich zwischen dem Kunststoffspritzguss und dem Vakuumguss entscheiden. Außerdem muss man sich für ein zeitversetztes Umspritzungsverfahren oder ein 2K-Spritzgussverfahren entscheiden.

Kunststoffumspritzung mit 2K-Spritzguss oder zeitversetzt?

Das zeitversetzte Umspritzungsverfahren ist einfacher, schneller und wesentlich kostengünstiger als das 2K-Spritzgussverfahren und eignet sich bei weitem am besten für die Herstellung von Prototypen, Vorserien und Kleinserien. Durch die Verwendung von zwei getrennten Formen für das Gießen des Trägermaterials und das Einspritzen des zu umspritzenden Teils bietet das verzögerte Verfahren mehr Flexibilität und erleichtert das Experimentieren in der Rapid-Prototyping-Phase, insbesondere wenn die Form und die Materialien des endgültigen Kunststoffteils noch zu prüfen sind.

Wenn jedoch die Qualität der chemischen Bindung zwischen dem Trägermaterial und dem einzuspritzenden Harz ein vorrangiges Kriterium bei der Gestaltung des Prototyps ist, kann der 2K-Spritzguss in Betracht gezogen werden. Bei einer Zweikomponenten-Spritzgussmaschine wird nämlich jedes Teil in derselben Spritzgussform geformt und sofort heiß umspritzt, was eine optimale chemische Bindung zwischen dem Trägermaterial und dem mit thermoplastischem Kunststoff umspritzten Teil gewährleistet.

Beim zeitversetzten Umspritzen hängt das Erreichen einer guten chemischen Bindung vor allem von der Wahl eines Harzes ab, das mit dem Material des Trägers, auf den es gespritzt wird, perfekt kompatibel ist. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das verzögerte Kunststoffumspritzungsverfahren beim Rapid Prototyping in den meisten Fällen zu bevorzugen ist.

Beispiel für ein zeitversetztes Kunststoffumspritzen beim Kunststoffspritzguss,

Schwarzes PAGF30-Material mit einer roten Umspritzung aus Shore 80 TPU-Material.  Zusätzlich wurden 4 Edelstahl-Einsätze umspritzt.

Das Umspritzen mit Kunststoff im Prototypenbau

Kunststoffspritzguss wird häufig bei der Herstellung von Serienteilen verwendet, insbesondere bei Formteilen mit Einsätzen. Für die Herstellung von Prototypen kann eine vereinfachte Prototypenform oder eine Aluminiumform (günstiger) sowie Abformungen erstellt werden, um visuelle und mechanische Tests an umspritzten Teilen durchzuführen, deren Eigenschaften nahezu identisch mit denen sind, die in mittleren und großen Serien hergestellt werden sollen.

Prototech Asia beherrscht die Technik des Kunststoffspritzgusses zur schnellen Herstellung von Prototypen. Unsere Konstruktionsabteilung entwirft eine maßgeschneiderte Werkzeugzeichnung auf der Grundlage Ihres Pflichtenheftes und der 3D-Modelle Ihrer zu formenden und zu umspritzenden Teile. Unsere Fertigungsanlage übernimmt dann die Herstellung Ihrer Prototypenformen innerhalb weniger Wochen und die Herstellung von umspritzten Teilen in kleinen Prototypenserien.

Kunststoffumspritzung im Vakuumgussverfahren im Prototypenbau

Als eine Methode, die sich besonders für die Entwicklung und Herstellung eines Prototyps, einer Vorserie oder einer Kleinserie eignet, wird das Vakuumgießverfahren auch als Silikonformguss oder Vakuumduplikation bezeichnet. Diese besondere Technik des Vakuumgusses ist sehr robust und qualitativ hochwertig bei der schnellen Herstellung von Prototypen. Sie ermöglicht es, Dutzende von Prototypen von Kunststoffteilen zu umspritzen und zu duplizieren.

Nach der Erzeugung des Urmodells durch 3D-Druck oder 3D-Bearbeitung und einer Silikonform wird unter einer Vakuumglocke Polyurethan in die Silikonform eingespritzt. Anschließend wird der umspritzte Prototyp zur Aushärtung des Kunststoffes in einen Ofen gelegt und aus der Form genommen. Das erzielte Ergebnis kommt dem serienmäßigen Spritzgussteil sehr nahe, dessen Material von den Polyurethanen wunderbar nachgeahmt wird.

Die Vorteile des Vakuumgusses bei der Herstellung von Prototypen

Bei der schnellen Prototypenherstellung hat der Kunststoffguss im Vakuumverfahren im Vergleich zu anderen Techniken unbestreitbare Vorteile. Beispielsweise kann die Härte des eingespritzten Polyurethanmaterials eingestellt werden, wenn ein Teil mit einem weichen Teil umspritzt werden soll. Die große Auswahl an Harzen, die im Vakuumgussverfahren eingespritzt werden können, eröffnet zahlreiche Experimentier- und Herstellungsmöglichkeiten.  Jeder Farbton- oder Transparenzeffekt kann umgesetzt werden.

Außerdem ist die Silikonform wiederverwendbar (allerdings mit einer begrenzten Lebensdauer), was zu Kostenvorteilen und einer nicht unerheblichen Zeitersparnis führt. Die umspritzten Teile lassen sich so mit höchster Präzision identisch duplizieren. Darüber hinaus ist die Elastizität der Silikonform ein Vorteil bei komplexen Geometrien des zu erstellenden Prototyps.

Prototech Asia ist heute eines der wenigen Unternehmen, das Ihnen diese Technologie zur schnellen Herstellung von Prototypen durch Vakuumguss anbietet.

Beispiel 1, Kunststoffumspritzung im Vakuumgussverfahren,

Schwarz gefärbtes ABS-ähnliches PU (Polyurethan)-Material mit einer halbtransparenten, gummiähnlichen PU-Überspritzung (Dichtungs- und Lichtstreuungseffekt in Shore 75A). Umspritzt sind auch zwei Einsätze aus Edelstahl.

Beispiel 2, Kunststoffumspritzung im Vakuumgussverfahren,

Blau durchgefärbtes ABS-ähnliches PU-Material (Polyurethan) und schwarze gummiähnliche PU-Umspritzung mit Shore 80 an verschiedenen Stellen des Teils.

Prototypen, Vorserien oder Kleinserien mit weniger als 100 Stück werden schnell hergestellt und eignen sich perfekt für alle Arten von Montagetests, visuellen Tests, Funktionstests, mechanischen Tests, Markterprobungen oder Zertifizierungsprüfungen. Um sich schnell und sicher zu entscheiden, welches Modell eines Kunststoffteils hergestellt oder vermarktet werden soll, ist das Umspritzen im Vakuumgussverfahren die wettbewerbsfähigste Prototypentechnik für 10 bis 100 Prototypenteile – auch im Vergleich zum 3D-Druck und der CNC-Bearbeitung.