Wie dünn kann man Kunststoff spritzgießen?

Das Spritzgießen von Kunststoffteilen mit extrem dünnen Wänden kann eine große Herausforderung sein. Mit sorgfältiger Planung und den richtigen Techniken ist es jedoch möglich, Kunststoffteile mit einer Wandstärke von weniger als 1 mm zu spritzen.

In diesem vollständigen Leitfaden finden Sie als Fachmann Hersteller von Kunststoff-SpritzgussteilenIn diesem Kapitel erfahren Sie alles, was Sie über das Dünnwandspritzgießen wissen müssen, einschließlich:

• Was versteht man unter "dünnwandig" beim Spritzgießen?
• Wie dünn kann man Kunststoff spritzgießen?
• Was ist die Mindestwandstärke beim Spritzgießen verschiedener Kunststoffe?
• Designüberlegungen und bewährte Verfahren
• Profi-Tipps für möglichst dünne Wände

Wenn Sie also die Grenzen der Wandstärke von Spritzgussteilen ausloten wollen, wird dieser Leitfaden für Sie von unschätzbarem Wert sein.

Was versteht man unter "dünnwandigem" Spritzgießen?

Unter Dünnwandspritzguss versteht man im Allgemeinen die Herstellung von Kunststoffteilen mit deutlich dünneren Wänden als bei herkömmlichen Spritzgussteilen.

Es gibt jedoch keinen allgemein akzeptierten Schwellenwert dafür, was als "dünnwandig" gilt. Einige sind der Ansicht, dass Teile mit einer Wandstärke von 2 mm (0,08 Zoll) in die Kategorie "dünnwandig" fallen.

In der Regel handelt es sich beim Dünnwandspritzgießen jedoch um Teile mit einer Wandstärke von weniger als 1 mm (0,04 Zoll). Und Teile unter 0,5 mm werden als "ultradünnwandig" bezeichnet.

Zusammengefasst:

• 2mm: Standard-Wandstärke
• 1 - 2 mm: Dünne Wand
• < 1mm: Ultradünne Wand

Sehen wir uns nun die Mindestwandstärke an, die mit verschiedenen Kunststoffen erreicht werden kann.

Wie dünn kann man Kunststoff spritzgießen?

Die Mindeststärke für spritzgegossene Kunststoffteile hängt vom Material, den Anforderungen an das Teil und anderen Faktoren ab. Im Allgemeinen liegt die Mindestwandstärke für thermoplastische Teile zwischen 0,6 und 0,9 mm, und der empfohlene Bereich liegt bei 1 bis 4 mm. Die Mindestdicke kann jedoch je nach Material variieren.

Mindestwanddicke beim Spritzgießen nach Kunststoff

Die Mindestwandstärke beim Spritzgießen hängt stark von dem verwendeten Kunststoff ab.

Hochfließende Polymere wie Polypropylen und ABS eignen sich dank ihrer hervorragenden Fließeigenschaften gut für dünne Wände.

Materialien wie PEEK und Polykarbonat können jedoch etwas temperamentvoller sein.

Hier finden Sie eine Aufschlüsselung der Mindestwandstärke nach Kunststoff:

Polypropylen (PP)

• Mindestwandstärke: 0,5 mm
• Empfohlene Wandstärke: 1 - 1,5 mm

Dank seiner hervorragenden Fließeigenschaften lassen sich beim Polypropylen-Spritzguss unglaublich dünne Wandstärken von bis zu 0,5 mm erzielen.

Denken Sie nur daran, dass PP eine geringe Steifigkeit hat. Sie brauchen also eine gleichmäßige Wandstärke und die richtige Anordnung der Rippen, um ein Verziehen oder Einsinken zu verhindern.

Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS)

• Mindestwandstärke: 0,7 mm
• Empfohlene Wandstärke: 1 - 1,5 mm

ABS fließt ebenfalls sehr gut und ermöglicht dünnwandiges Spritzgießen bis zu 0,7 mm. Es bietet auch eine gute Festigkeit und ist leicht zu produzieren.

Nylon

• Mindestwandstärke: 0,7 mm
• Empfohlene Wandstärke: 1 - 1,5 mm

Nylonharze ermöglichen das Dünnwandspritzgießen von kleinen, komplexen Geometrien. Um Defekte zu vermeiden, ist jedoch eine angemessene Kühlung und Entlüftung erforderlich.

Glasgefülltes Nylon kann sehr temperamentvoll sein. Sie müssen also wahrscheinlich über 1 mm mit Glasfasergehalt über 20-30% bleiben.

Polycarbonat (PC)

• Mindestwandstärke: 0,7 mm
• Empfohlene Wandstärke: 1 - 2 mm

Aufgrund seiner hohen Viskosität kann es schwierig sein, Polycarbonat mit dünnen Wänden unter 1 mm zu spritzen. Mit einer robusten Form und einer angemessenen Prozesssteuerung sind jedoch 0,7 mm möglich.

Polystyrol (PS)

• Mindestwandstärke: 0,7 mm
• Empfohlene Wandstärke: 1 - 2 mm

Allzweck-PS-Sorten ermöglichen dünnwandiges Gießen bis zu 0,7 mm. Für dünnere Wandstärken als 1 mm müssen Sie jedoch möglicherweise hochfließfähiges PS verwenden, das speziell für dünne Wände entwickelt wurde.

Polyetheretherketon (PEEK)

• Mindestwandstärke: 1 mm
• Empfohlene Wandstärke: 1,5 - 4 mm

Die extrem hohe Schmelzviskosität von PEEK macht es praktisch unmöglich, Spritzgussteile mit Wandstärken unter 1 mm herzustellen. Teile mit einer Wandstärke von mehr als 2 mm neigen außerdem dazu, sich zu verziehen und einzusinken. Die ideale Wandstärke von PEEK beträgt also 1,5 - 2 mm.

Flüssigkristallpolymer (LCP)

• Mindestwandstärke: 0,3 mm
• Empfohlene Wandstärke: 0,5 - 1,5 mm

Dank seiner hervorragenden Fließeigenschaften ist LCP wohl der beste Kunststoff für dünnwandiges Spritzgießen. Mit der richtigen Werkzeugtemperatursteuerung lassen sich problemlos Wandstärken unter 0,5 mm erzielen.

Polyethylen (PE)

• Mindestwandstärke: 0,8 mm
• Empfohlene Wandstärke: 1 - 1,5 mm

Die relativ hohe Viskosität von Polyethylen erschwert das Spritzgießen von Wandstärken unter 0,8 mm. Dank seiner hervorragenden chemischen Beständigkeit wird PE jedoch häufig für dünnwandige Spritzen, Pipetten und Mikroröhrchen verwendet.

Konstruktionsüberlegungen für das Dünnwandspritzgießen

Bei der Konstruktion von Teilen für das Dünnwandspritzgießen müssen Sie die Besonderheiten der Herstellung berücksichtigen.

Hier sind einige wichtige Gestaltungsrichtlinien:

Konsistente Wanddicke beibehalten

Ihre oberste Priorität sollte es sein, die Wandstärke im gesamten Bauteil so gleichmäßig wie möglich zu halten.

Plötzliche Änderungen der Wandstärke führen zu ungleichmäßiger Abkühlung. Dies führt zu kosmetischen Mängeln wie Einfallstellen, Löchern und Verzug.

Außerdem entstehen dadurch innere Spannungen im Material, die zu Rissen oder Brüchen in den fertigen Teilen führen können.

Sie wollen also allmähliche Übergänge zwischen dünneren und dickeren Abschnitten.

Die empfohlene Toleranz liegt bei 25%. Wenn also ein Abschnitt eine Wandstärke von 2 mm hat, sollten die angrenzenden Abschnitte eine Stärke zwischen 1,5 und 2,5 mm aufweisen.

Rippen zur strukturellen Unterstützung hinzufügen

Eine Technik, die dünnere Wände ohne Einbußen bei der Festigkeit ermöglicht, ist das Hinzufügen von Rippen.

Die Rippen ermöglichen es, dicke Abschnitte zu vermeiden, und bieten gleichzeitig die notwendige Unterstützung, um ein Verziehen oder Einsinken zu verhindern.

Als Faustregel gilt, dass die Höhe der Rippen weniger als 50-60% der Wanddicke betragen sollte, die sie durchschneiden.

Die Platzierung der Tore ist entscheidend

Die Platzierung der Anschnitte spielt eine wesentliche Rolle bei dünnwandigen Formteilen, um kosmetische Mängel zu minimieren.

Eine schlechte Positionierung der Anschnitte führt häufig zu schwachen Schweißnähten, wo die Kunststofffronten nach dem Auswerfen aufeinandertreffen. Dies führt zu Rissen und strukturellen Defekten.

Daher sollten Sie die Anschnitte so ausrichten, dass eine gleichmäßige Füllung gewährleistet ist, ohne dass Schweißnähte entstehen.

Kantenanschnitte und Heißkanalsysteme tragen dazu bei, Anschnittmarkierungen auf sichtbaren Oberflächen zu reduzieren. Sie können aber immer noch Stricklinien in komplexen Geometrien erzeugen.

Tiefgangswinkel einbeziehen

Mit Entformungswinkeln können Sie Teile sauber aus Spritzgießwerkzeugen auswerfen, ohne feine Merkmale oder dünne Wände zu beschädigen.

Die allgemeine Empfehlung ist mindestens 0,5 Grad Zugluft pro Seite. Für detaillierte Texturen können Sie jedoch bis zu 5 Grad benötigen.

Halten Sie die Entformungswinkel über die gesamte Teilegeometrie konstant, um Eigenspannungen zu minimieren, die zu Rollneigung oder Verformung führen.

Profi-Tipps für die Maximierung von Dünnwand-Fähigkeiten

Wenn Sie beim Spritzgießen an die Grenzen der Wandstärke gehen wollen, finden Sie hier einige Profitipps:

Wählen Sie einen erfahrenen Hersteller

Die Herstellung von dünnwandigen Gussteilen erfordert unglaubliche Präzision und eine strenge Prozesskontrolle. Daher ist die Zusammenarbeit mit einem erfahrenen Hersteller nicht verhandelbar.

Fragen Sie potenzielle Anbieter nach ihren Erfahrungen mit dünnwandigen Bauteilen in der Vergangenheit. Die erfolgreiche Herstellung von Bauteilen mit Wandstärken in der Nähe der von Ihnen angestrebten Dicke in dem von Ihnen geplanten Kunststoff ist ein Muss.

Mold Flow Simulation erhalten

Physische Prototypen sind zwar immer empfehlenswert, aber die Formfließsimulation gibt Ihnen einen hervorragenden Einblick in die Füllzeit, Bindenähte, Lufteinschlüsse und Einfallstellenrisiken.

Die frühzeitige Anpassung des CAD-Modells auf der Grundlage der Simulationsergebnisse ermöglicht eine schnellere Fertigstellung des Entwurfs ohne kostspielige physische Bemusterung.

Verwendung hochfester Harze

Spritzgießharze, die speziell für dünnwandige Anwendungen entwickelt wurden, können einen großen Einfluss haben.

Zum Beispiel, hohe Fließfähigkeit Polypropylen bietet ein 2-4-fach leichteres Fließen als Standardtypen. Damit können Sie komplizierte Geometrien füllen und dünnere Wände erzielen.

Sie können die Wandstärke auch durch Erhöhung des Einspritzdrucks verringern. Mit hochfließfähigen Harzen erzielen Sie jedoch bessere Ergebnisse, ohne die Qualität der Teile oder die Effizienz der Zykluszeit zu beeinträchtigen.

Optimierung der Prozesstemperaturen

Die Erhöhung der Werkzeug- und Schmelzetemperaturen verbessert das Fließen des Harzes bei anspruchsvollen dünnwandigen Konstruktionen. Sie müssen jedoch das perfekte Gleichgewicht zwischen Viskosität und Abkühlzeit finden.

Ein guter Ausgangspunkt ist es, mit 5-10 °C über der Harzempfehlung zu beginnen und von dort aus die Feinabstimmung vorzunehmen. Achten Sie nur darauf, dass die meisten Kunststoffe bei Temperaturen über 340-350 °C langfristig thermisch abgebaut werden.

Einpacken

Ich hoffe, dieser Leitfaden hat Ihnen einen soliden Überblick über die Möglichkeiten - und Grenzen - des Spritzgießens dünner Kunststoffwände gegeben.

Die Wahl des richtigen Fertigungspartners und des richtigen Kunststoffs sowie die Optimierung Ihres Designs können Wandstärken unter 0,5 mm und in einigen Fällen sogar unter 0,3 mm ermöglichen.