Auf dem Markt gibt es Tausende von Kunststoffen für die schnelle Prototypenherstellung oder die Produktion in kleinem Maßstab – die Wahl des richtigen Kunststoffs für ein bestimmtes Projekt kann überwältigend sein, insbesondere für angehende Erfinder oder angehende Unternehmer. Jedes Material stellt einen Kompromiss hinsichtlich Kosten, Festigkeit, Flexibilität und Oberflächenbeschaffenheit dar. Dabei muss nicht nur die Anwendung des Teils oder Produkts berücksichtigt werden, sondern auch die Umgebung, in der es verwendet wird.
Im Allgemeinen verfügen technische Kunststoffe über verbesserte mechanische Eigenschaften, die für eine längere Haltbarkeit sorgen und sich während des Herstellungsprozesses nicht verändern. Einige Kunststoffarten können auch modifiziert werden, um ihre Festigkeit sowie Schlag- und Hitzebeständigkeit zu verbessern. Werfen wir einen Blick auf die verschiedenen Kunststoffmaterialien, die je nach Funktionalität des Endteils oder Produkts in Betracht gezogen werden müssen.
Eines der am häufigsten zur Herstellung mechanischer Teile verwendeten Harze ist Nylon, auch bekannt als Polyamid (PA). Wenn Polyamid mit Molybdän gemischt wird, hat es eine glatte Oberfläche für leichte Bewegung. Allerdings sind Nylon-auf-Nylon-Zahnräder nicht zu empfehlen, da sie wie Kunststoffe dazu neigen, zusammenzukleben. PA verfügt über eine hohe Verschleiß- und Abriebfestigkeit sowie gute mechanische Eigenschaften bei hohen Temperaturen. Nylon ist ein ideales Material für den 3D-Druck mit Kunststoff, nimmt jedoch mit der Zeit Wasser auf.
Auch für mechanische Teile ist Polyoxymethylen (POM) eine hervorragende Wahl. POM ist ein Acetalharz, das zur Herstellung von Delrin von DuPont verwendet wird, einem wertvollen Kunststoff, der in Zahnrädern, Schrauben, Rädern und mehr verwendet wird. POM weist eine hohe Biege- und Zugfestigkeit, Steifigkeit und Härte auf. Allerdings wird POM durch Alkali, Chlor und heißes Wasser zersetzt und lässt sich nur schwer zusammenkleben.
Wenn es sich bei Ihrem Projekt um eine Art Behälter handelt, ist Polypropylen (PP) die beste Wahl. Polypropylen wird in Lebensmittelbehältern verwendet, da es hitzebeständig, unempfindlich gegenüber Ölen und Lösungsmitteln ist und keine Chemikalien freisetzt, was es sicher zum Verzehr macht. Polypropylen verfügt außerdem über ein hervorragendes Gleichgewicht zwischen Steifigkeit und Schlagfestigkeit, wodurch sich problemlos Schlaufen herstellen lassen, die wiederholt gebogen werden können, ohne zu brechen. Es kann auch in Rohren und Schläuchen verwendet werden.
Eine weitere Option ist Polyethylen (PE). PE ist der weltweit am häufigsten vorkommende Kunststoff mit geringer Festigkeit, Härte und Steifigkeit. Normalerweise handelt es sich um einen milchig-weißen Kunststoff, der zur Herstellung von Medikamentenflaschen, Milch- und Waschmittelbehältern verwendet wird. Polyethylen ist gegenüber einer Vielzahl von Chemikalien sehr beständig, hat jedoch einen niedrigen Schmelzpunkt.
Das Material Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) ist ideal für alle Projekte, die eine hohe Schlagfestigkeit sowie eine 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. 3D-Modellierung aus fusionsgeformtem ABS für schnelles Prototyping.
Aufgrund seiner Eigenschaften ist ABS eine gute Wahl für Wearables. Bei Star Rapid haben wir das Smartwatch-Gehäuse für E3design aus spritzgegossenem, schwarzem, 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 zur Herstellung langlebiger Elektrowerkzeugkoffer und Werkzeugkoffer. Obwohl HIPS erschwinglich sind, gelten sie nicht als umweltfreundlich.
Viele Projekte erfordern Spritzgussharze mit einer Elastizität wie Gummi. Thermoplastisches Polyurethan (TPU) ist eine gute Wahl, da es viele spezielle Formulierungen für hohe Elastizität, Leistung bei niedrigen Temperaturen und Haltbarkeit aufweist. TPU wird auch in Elektrowerkzeugen, Rollen, Kabelisolierungen und Sportartikeln verwendet. Aufgrund seiner Lösungsmittelbeständigkeit verfügt TPU über eine hohe Abrieb- und Scherfestigkeit und kann in vielen industriellen Umgebungen eingesetzt werden. Es ist jedoch bekannt, dass es Feuchtigkeit aus der Atmosphäre aufnimmt, was die Verarbeitung während der Produktion erschwert. Für das Spritzgießen gibt es thermoplastischen Gummi (TPR), der kostengünstig und einfach zu verarbeiten ist, beispielsweise zur Herstellung stoßdämpfender Gummigriffe.
Wenn Ihr Teil klare Linsen oder Fenster erfordert, ist Acryl (PMMA) am besten geeignet. Aufgrund seiner Steifigkeit und Abriebfestigkeit wird dieses Material zur Herstellung bruchsicherer Fenster wie Plexiglas verwendet. PMMA lässt sich außerdem gut polieren, weist eine gute Zugfestigkeit auf und ist für die Massenproduktion kostengünstig. Allerdings ist es nicht so stoß- und chemikalienbeständig wie Polycarbonat (PC).
Wenn Ihr Projekt ein stärkeres Material erfordert, ist PC stärker als PMMA und verfügt über hervorragende optische Eigenschaften, was es zu einer geeigneten Wahl für Linsen und kugelsichere Fenster macht. PC kann auch bei Raumtemperatur gebogen und geformt werden, ohne zu brechen. Dies ist für die Prototypenerstellung nützlich, da für die Formung keine teuren Formwerkzeuge erforderlich sind. 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 eignet sich PC hervorragend für vielfältige 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 völlig transparent sein musste, wurde es von Hand geschliffen und dampfpoliert.
Dies ist nur ein kurzer Überblick über einige der am häufigsten verwendeten Kunststoffe in der Fertigung. Die meisten davon können mit verschiedenen Glasfasern, UV-Stabilisatoren, Gleitmitteln oder anderen Harzen modifiziert werden, um bestimmte Spezifikationen zu erreichen.
Gordon Stiles ist der Gründer und Präsident von Star Rapid, einem Unternehmen für Rapid Prototyping, Rapid Tooling und Kleinserienfertigung. Basierend auf seinem technischen Hintergrund gründete Stiles 2005 Star Rapid und unter seiner Führung wuchs das Unternehmen auf 250 Mitarbeiter. Star Rapid beschäftigt ein internationales Team von Ingenieuren und Technikern, die modernste Technologien wie 3D-Druck und CNC-Mehrachsenbearbeitung mit traditionellen Fertigungstechniken und hohen Qualitätsstandards kombinieren. Bevor Styles zu Star Rapid kam, besaß und betrieb Styles STYLES RPD, das größte britische Unternehmen für Rapid Prototyping und Tooling, das im Jahr 2000 an ARRK Europe verkauft wurde.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 19. April 2023