Spritzgießen: Darauf kommt es beim Umspritzen an
Mit dem Umspritzen lassen sich durch die sorgfältige Kombination von zwei verschiedenen Materialien beim Spritzgießen enorme Produktverbesserungen erzielen.
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Umspritzen ist eine Fertigungstechnik, die zwei verschiedene Materialien mittels Spritzgießen kombiniert. Dabei wird ein Substratmaterial, das meist die Basis des Produkts bildet, in eine Spritzgießform eingelegt und mit einem zweiten Material, dem Umspritzmaterial, überzogen. Das Umspritzmaterial haftet an dem Substratmaterial und bildet eine feste und homogene Verbindung. Das Umspritzmaterial kann aus zum Beispiel aus einem harten Kunststoff, einem thermoplastischen Elastomeren oder einem Flüssigsilikon bestehen – je nach den Anforderungen an das Produkt.
Das Umspritzen kann auf zwei verschiedene Arten durchgeführt werden: Zwei-Komponenten-Spritzgießen oder Einlegetechnik. Beim Zwei-Komponenten-Spritzgießen werden beide Materialien in einer einzigen Form in einem einzigen Zyklus verarbeitet. Dabei wird das Substratmaterial in die erste Formhälfte eingespritzt und das Umspritzmaterial in die zweite Formhälfte. Die Form wird dann geschlossen und das Umspritzmaterial wird über das Substratmaterial gespritzt. Beim Zwei-Komponenten-Spritzguss muss das Substratmaterial aus Kunststoff bestehen.
Simulation des Spritzgießprozesses prognostiziert Materialverhalten
Bei der Einlegetechnik werden beide Materialien in zwei separaten Formen und Zyklen verarbeitet. Dabei wird das Substratmaterial in einer ersten Form gespritzt und dann in eine zweite Form eingelegt, in der das Umspritzmaterial gespritzt wird. Die Einlegetechnik erlaubt es, das Substratmaterial auch aus anderen Werkstoffen als Kunststoff zu wählen; dazu gehören zum Beispiel Metall, Glas oder Keramik. Das Verhalten der eingelegten Materialien beim Umspritzen kann mithilfe der Spritzgießsimulation vorhergesagt und so auch für den Herstellungsprozess in einer frühen Projektphase optimiert werden.
Umspritzen macht Produkte widerstandsfähiger
Das Umspritzen bietet zahlreiche Vorteile, die die Leistung, das Aussehen und die Kosten von Produkten verbessern können. Dazu gehört eine höhere Haltbarkeit und Festigkeit: Das Umspritzen kann die mechanischen Eigenschaften von Produkten verbessern, indem es sie widerstandsfähiger gegen Abnutzung, Korrosion, Stöße, Kratzer und Brüche macht. Das Umspritzmaterial kann auch als Schutzschicht fungieren, die das Substratmaterial vor Umwelteinflüssen schützt. Typische Anwendungsbereiche sind beispielsweise Schutzhüllen für elektronische Geräte oder der Korrosionsschutz für Magnete.
Weitere Vorteile sind verbesserte Ergonomie und Griffigkeit: Das Umspritzen kann die Benutzerfreundlichkeit und den Komfort von Produkten erhöhen, indem es ihnen eine bessere Griffigkeit, Flexibilität und Haptik verleiht. Das Umspritzmaterial kann auch als Isolierung dienen, die die Temperatur und die Vibrationen des Produkts reguliert. Typische Anwendungen sind Weichkomponenten an Bohrmaschinegehäusen oder Werkzeuggriffen.
Erweiterte Designmöglichkeiten und Farboptionen. Das Umspritzen kann die Ästhetik und die Differenzierung von Produkten steigern, indem es erlaubt, verschiedene Formen, Texturen, Muster und Farben zu kombinieren. Das Umspritzmaterial kann auch als Dekoration oder als Funktionselement dienen, wie zum Beispiel Tasten, Logos oder Symbole. Typische Anwendungen sind etwa Designelemente an Werkzeuggriffen oder Konsumgüter.
Ein anderer Vorteil ist die Funktionsintegration: Die Kombination mehrerer Materialien ermöglicht die Integration mehrerer Funktionen in einem Bauteil, etwa elektrische Leitung durch metallische Einleger und elektrische Isolation durch eine Kunststoffumspritzung. Und schließlich lassen sich mit dem Umspritzen Kosten und Montagezeit reduzieren, indem mehrere Komponenten in einem einzigen Produkt integriert werden. Das Umspritzen kann auch die Anzahl der Teile, die Montage, die Nachbearbeitung und die Qualitätskontrolle reduzieren.
Barlog als Sparringspartner bei Umspritz-Projekten
Um das Umspritzen erfolgreich anzuwenden, sollten Spritzgießer einige Best Practices befolgen, die Barlog als Entwicklungspartner bei vielen Umspritzprojekten gesammelt hat. So ist die Auswahl kompatibler Materialien entscheidend. Es sollte sichergestellt sein, dass das Substrat und das Umspritzmaterial gut aneinander haften, indem man die chemische Kompatibilität und die Bindungsfähigkeiten berücksichtigt. Man kann auch spezielle Additive oder Beschichtungen verwenden, um die Haftung zu verbessern. Zusätzlich lässt sich die 2K-Haftung durch die Herstellung und Tests von Schälprüfkörpern quantifizieren.
Zu achten ist auch auf das Produktdesign: Eine angemessene Gestaltung kann die Haftfestigkeit zwischen den Materialien erheblich beeinflussen. Merkmale wie mechanische Verkrallungen, Rillen, Noppen oder Ränder können die Bindungsstärke ebenfalls verbessern. Zu vermeiden sind auch zu große oder zu kleine Wandstärken, scharfe Ecken oder Kanten, die zu Spannungen oder Rissen führen können.
Ebenfalls wichtig ist die Prozessauswahl: Basierend auf den Anforderungen des Projekts sollten Verarbeitern zwischen Zwei-Komponenten-Spritzguss und Einlegetechnik wählen. Zwei-Komponenten-Spritzguss eignet sich effizient für die Massenproduktion, während die Einlegetechnik für geringere Volumen und komplexe Formen passt. Zu berücksichtigen sind auch die Kosten, die Zykluszeit, die Formgröße und die Materialverfügbarkeit bei der Wahl des Prozesses.
Für eine optimale Bindung muss die Oberfläche des Substrats sauber und richtig behandelt sein. Verunreinigungen wie Staub, Öl, Fett oder Feuchtigkeit können die Bindung schwächen. Man kann auch verschiedene Methoden anwenden, um die Oberfläche zu aktivieren; etwa Plasma, Flamme, Korona oder Laser.
Werkzeugdesign braucht hinreichend Zeit
Präzision im Werkzeugdesign ist ebenfalls unerlässlich. Das Formwerkzeug muss beide Materialien aufnehmen und den Umspritzprozess ohne Mängel unterstützen. Zu achten ist auf die Temperatur, den Druck, die Geschwindigkeit und die Zeit des Spritzgusses, um die Bindung und die Produktqualität zu optimieren. Auch zu enge oder zu weite Spalte, die zu Materialverlust oder Überfüllung führen können, sollten vermieden werden. Bei der Realisierung von Spritzgießwerkzeugen für das Umspritzen ist im Projektplan ausreichend Zeit für Änderungsschleifen zur präzisen Anpassung der Werkzeuge zu berücksichtigen.
Und schließlich tragen Testen und Prototyping zum Projekterfolg bei: Vor der Massenproduktion ist das Testen von Prototypen unerlässlich. Es hilft, potenzielle Probleme zu identifizieren und sicherzustellen, dass die gewählten Materialien und das Design wie erwartet funktionieren. Es können auch verschiedene Tests durchgeführt werden, um die Bindungsfestigkeit, die Dimensionsstabilität, die Haltbarkeit und die Leistung der Produkte zu bewerten.
Autor: Frank Barlog, Geschäftsführender Gesellschafter, Barlog Plastics
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