Auf dem Markt gibt es Tausende von Kunststoffen für Rapid Prototyping oder Kleinserienproduktion – die Auswahl des richtigen Kunststoffs für ein bestimmtes Projekt kann eine Herausforderung sein, insbesondere für angehende Erfinder oder Unternehmer. Jedes Material stellt einen Kompromiss in Bezug auf Kosten, Festigkeit, Flexibilität und Oberflächenbeschaffenheit dar. Dabei ist nicht nur der Anwendungsbereich des Teils oder Produkts, sondern auch die Einsatzumgebung zu berücksichtigen.
Technische Kunststoffe verfügen im Allgemeinen über verbesserte mechanische Eigenschaften, die für eine höhere Haltbarkeit sorgen und sich während des Herstellungsprozesses nicht verändern. Einige Kunststoffarten können zudem modifiziert werden, um ihre Festigkeit sowie Schlag- und Hitzebeständigkeit zu verbessern. Werfen wir einen Blick auf die verschiedenen Kunststoffmaterialien, die je nach Funktionalität des Endprodukts in Frage kommen.
Eines der am häufigsten verwendeten Harze zur Herstellung mechanischer Teile ist Nylon, auch bekannt als Polyamid (PA). Wird Polyamid mit Molybdän gemischt, erhält es eine glatte Oberfläche für leichte Bewegung. Nylon-auf-Nylon-Zahnräder sind jedoch nicht zu empfehlen, da sie wie Kunststoffe zum Verkleben neigen. PA weist eine hohe Verschleiß- und Abriebfestigkeit sowie gute mechanische Eigenschaften bei hohen Temperaturen auf. Nylon ist ein ideales Material für den 3D-Druck mit Kunststoff, nimmt jedoch mit der Zeit Wasser auf.
Polyoxymethylen (POM) eignet sich ebenfalls hervorragend für mechanische Teile. POM ist ein Acetalharz, das zur Herstellung von DuPonts Delrin verwendet wird, einem wertvollen Kunststoff, der in Zahnrädern, Schrauben, Rädern und vielem mehr zum Einsatz kommt. POM verfügt über eine hohe Biege- und Zugfestigkeit, Steifigkeit und Härte. Allerdings wird POM durch Laugen, Chlor und heißes Wasser angegriffen und lässt sich nur schwer verkleben.
Wenn Ihr Projekt Behälter sein soll, ist Polypropylen (PP) die beste Wahl. Polypropylen wird für Lebensmittelbehälter verwendet, da es hitzebeständig, unempfindlich gegenüber Ölen und Lösungsmitteln ist und keine Chemikalien freisetzt. Daher ist es bedenkenlos verzehrbar. Polypropylen verfügt außerdem über ein hervorragendes Verhältnis von Steifigkeit und Schlagfestigkeit, sodass sich leicht Schlaufen herstellen lassen, die wiederholt gebogen werden können, ohne zu brechen. Es kann auch für Rohre und Schläuche verwendet werden.
Eine weitere Option ist Polyethylen (PE). PE ist der weltweit am häufigsten verwendete Kunststoff mit geringer Festigkeit, Härte und Steifigkeit. Es handelt sich meist um einen milchig-weißen Kunststoff, der zur Herstellung von Medikamentenflaschen, Milch- und Waschmittelbehältern verwendet wird. Polyethylen ist sehr beständig gegen eine Vielzahl von Chemikalien, hat aber einen niedrigen Schmelzpunkt.
Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) eignet sich ideal für Projekte, die hohe Schlagfestigkeit sowie hohe Reiß- und Bruchfestigkeit erfordern. ABS ist leicht und kann mit Glasfaser verstärkt werden. Es ist teurer als Styrol, hält aber aufgrund seiner Härte und Festigkeit länger. Schmelzgeformtes ABS 3D-Modellierung für Rapid Prototyping.
Aufgrund seiner Eigenschaften eignet sich ABS gut für Wearables. Bei Star Rapid haben wir das Smartwatch-Gehäuse für E3design aus spritzgegossenem, schwarz vorlackiertem ABS/PC-Kunststoff hergestellt. Diese Materialwahl macht das gesamte Gerät relativ leicht und sorgt gleichzeitig dafür, dass das Gehäuse gelegentlichen Stößen standhält, beispielsweise wenn die Uhr auf eine harte Oberfläche trifft. Hochschlagfestes Polystyrol (HIPS) ist eine gute Wahl, wenn Sie ein vielseitiges und schlagfestes Material benötigen. Dieses Material eignet sich für die Herstellung langlebiger Koffer für Elektrowerkzeuge und Werkzeugkoffer. HIPS ist zwar erschwinglich, gilt aber nicht als umweltfreundlich.
Viele Projekte erfordern Spritzgussharze mit gummiähnlicher Elastizität. Thermoplastisches Polyurethan (TPU) ist eine gute Wahl, da es viele spezielle Formulierungen für hohe Elastizität, Kältebeständigkeit und Langlebigkeit bietet. TPU wird auch in Elektrowerkzeugen, Walzen, Kabelisolierungen und Sportartikeln verwendet. Dank seiner Lösungsmittelbeständigkeit weist TPU eine hohe Abrieb- und Scherfestigkeit auf und kann in vielen industriellen Umgebungen eingesetzt werden. Es ist jedoch dafür bekannt, Feuchtigkeit aus der Atmosphäre zu absorbieren, was die Verarbeitung während der Produktion erschwert. Für den Spritzguss bietet sich thermoplastischer Kautschuk (TPR) an, der kostengünstig und einfach zu handhaben ist, beispielsweise für die Herstellung stoßdämpfender Gummigriffe.
Wenn Ihr Teil klare Linsen oder Fenster benötigt, eignet sich Acryl (PMMA) am besten. Aufgrund seiner Steifigkeit und Abriebfestigkeit wird dieses Material zur Herstellung bruchsicherer Fenster wie Plexiglas verwendet. PMMA lässt sich zudem gut polieren, hat eine gute Zugfestigkeit und ist kostengünstig für die Massenproduktion. Es ist jedoch nicht so schlag- und chemikalienbeständig wie Polycarbonat (PC).
Wenn Ihr Projekt ein stärkeres Material erfordert, ist PC stärker als PMMA und hat hervorragende optische Eigenschaften, was es zu einer geeigneten Wahl für Linsen und kugelsichere Fenster macht. PC kann außerdem bei Raumtemperatur gebogen und geformt werden, ohne zu brechen. Dies ist nützlich für die Prototypenentwicklung, da keine teuren Formwerkzeuge zur Herstellung benötigt werden. PC ist teurer als Acryl und kann bei längerer Einwirkung von heißem Wasser schädliche Chemikalien freisetzen, sodass es nicht den Lebensmittelsicherheitsstandards entspricht. Aufgrund seiner Schlag- und Kratzfestigkeit ist PC ideal für eine Vielzahl von Anwendungen. Bei Star Rapid verwenden wir dieses Material zur Herstellung von Gehäusen für Handheld-Terminals von Muller Commercial Solutions. Das Teil wurde aus einem massiven PC-Block CNC-gefräst; da es vollständig transparent sein musste, wurde es von Hand geschliffen und dampfpoliert.
Dies ist nur ein kurzer Überblick über einige der in der Fertigung am häufigsten verwendeten Kunststoffe. Die meisten davon können mit verschiedenen Glasfasern, UV-Stabilisatoren, Schmiermitteln oder anderen Harzen modifiziert werden, um bestimmte Spezifikationen zu erreichen.
Gordon Stiles ist Gründer und Präsident von Star Rapid, einem Unternehmen für Rapid Prototyping, Rapid Tooling und Kleinserienfertigung. Basierend auf seinem Ingenieurshintergrund gründete Stiles Star Rapid im Jahr 2005 und wuchs unter seiner Führung auf 250 Mitarbeiter an. Star Rapid beschäftigt ein internationales Team von Ingenieuren und Technikern, die Spitzentechnologien wie 3D-Druck und CNC-Mehrachsenbearbeitung mit traditionellen Fertigungstechniken und hohen Qualitätsstandards kombinieren. Vor seinem Eintritt bei Star Rapid besaß und leitete Stiles STYLES RPD, Großbritanniens größtes Unternehmen für Rapid Prototyping und Werkzeugbau, das im Jahr 2000 an ARRK Europe verkauft wurde.
Veröffentlichungszeit: 19. April 2023