Wie designe ich ein Kunststoffteil?

Die Bedeutung von 3D-Design
Der Entwurf eines Bauteils muss an sein Einsatzgebiet angepasst sein sowie den Anforderungen der Serienfertigung entsprechen. Es ist essentiell, dass ein Bauteil designt wird, dessen Geometrie einen optimalen Einsatz ermöglicht, und welches darüber hinaus den technischen Belastungen während der Produktion standhält. Die verschiedenen Parameter wie Ästhetik, Rendering und physikalische Eigenschaften werden durch die Technologien (Vakuumguss, 3D-Kunst­stoff­bearbeitung etc.) und die verwendeten Materialien determiniert. Sowohl die Herstellungstechniken als auch die Materialien, die zur Herstellung eines kundenspezifischen Kunststoffteils verwendet werden, bestimmen, in welcher Art die Oberfläche eines Materials bearbeitet werden kann.

Von der Konzeption zur Realisation

Geometrie

Hier einige Rapid-Prototyping-Regeln für das Design eines Bauteils:
– Dicke: Ein zu dünnes Teil weist ein erhebliches Risiko von Bruch und Verformung auf. Daher sollte eine Dicke von 1,5 mm nicht unterschritten werden, um zu verhindern, dass das Teil bricht. Darüber hinaus wird der Einsatz von Stützstrukturen empfohlen, um dünne Teile zu verstärken.

– Entformschrägen: Diese werden beim Vakuumgießen verwendet, um das Lösen des Kunststoffteils aus der Form zu erleichtern. Umgekehrt sollten Hinterschneidungen vermieden werden, damit sich das Teil besser aus der Form löst. Bei der Herstellung eines Kunststoffprototyps mit Hilfe von Stereolithographie oder einer anderen additiven Fertigungs­technik gibt es jedoch keine Notwendigkeit von Entformschrägen. Gründe hierfür sind die Unterschiede in den Fertigungs­verfahren bei 3D-Druck und thermoplastischem Spritzgießen.

– Größe:  Sehr große Kunststoffteile müssen in separaten Teilen hergestellt und anschließend zusammengesetzt werden. Wenn die Herstellung eines Bauteils viele Schneid- und Klebevorgänge erfordert, kann dies zum Bruch desselbigen führen. Darüber hinaus kann es auch vorkommen, dass das Teil aufgrund seiner Größe und Konstruktion gar nicht erst hergestellt werden kann. Des Weiteren sind sehr kleine Teile ebenso schwierig oder nicht durchführbar, da in diesem Fall visuelle Details nicht exakt umgesetzt werden können.

Der Herstellungsprozess

Die Techniken und Materialien sollten sorgfältig ausgewählt werden. Tatsächlich hängen die möglichen Renderings und Finishes von der Technologie und dem Material ab, welches verwendet werden soll. Zum Beispiel sind PC- und PMMA-Materialien transparent, CNC-Bearbeitungsmaterialien können in der Regel nicht lackiert werden. Darüber hinaus muss die Fertigungstechnologie an die physikalischen, chemischen und mechanischen Anforderungen angepasst werden und die verschiedenen Fertigungsverfahren gegenübergestellt werden. Daher ist zur Herstellung eines flexiblen Kunststoff­teils beispielsweise eine Silikonform nötig.

Vakuumgussform für die Produktion von Kleinstserien

Produktion durch CNC-Fräsen

Färbung
Die Teile können durch drei verschiedene Arten eingefärbt werden.
– Durch Auftragen einer Lackschicht auf die Oberfläche des Prototyps, um eine RAL- oder Pantone-Farbe nachzuahmen.
– Durch massengefärbte Farbveredelung, indem dem flüssigen Material vor dem Einspritzen in die Silikonform ein Farbstoff hinzugefügt wird.
– Ohne Färbung, d. h. die natürliche Farbe des Materials wird verwendet.

Finish
Durch Kunststoff- bzw. Metallfinishs sowie Oberflächenveredelungen erhalten die Teile ein individuelles Aussehen.

– Mattierung durch mehr oder weniger starkes Sandstrahlen,
– Glatt mit einer hochglänzenden Oberfläche, die das Entfernen von Ecken nach der Bearbeitung von 3D-Prototypen ermöglicht,
– Glänzende Oberfläche mit einer speziellen Farbe,
– Soft Touch, um eine weiche Textur zu erhalten, ähnlich wie Gummi,
– Spiegelveredelung zur Herstellung transparenter Kunststoffteile,
– Verzinkung für verchromte Optik etc.

Fazit
Das Entwerfen eines Teils ist einer der ersten Schritte des 3D-Rapid-Prototypings und einer der wichtigsten, da die folgenden Schritte darauf aufbauen. Tatsächlich muss die Geometrie des Bauteils so konzipiert sein, dass der Prototyp den technischen Belastungen während der Produktion standhält und seinen Verwendungszweck erfüllt. Darüber hinaus definiert das Design, welche Technologie zur Herstellung des Prototypen oder der Kleinserie verwendet werden kann. Bei jeder Produktionstechnologie können nur bestimmte  Materialien verwendet werden, das Material hat wiederum Einfluss auf die Färbung und das Finish. Die optischen und mechanischen Eigenschaften hängen daher vom Design des Prototyps ab.