Was ist Kunststoff-Spritzgießen? Ein vollständiger Leitfaden

Kunststoffspritzguss, Spielzeug
Kunststoffspritzguss, Spielzeug
Ressource: https://www.youtube.com/watch?v=eoaTl8Q0PQc

Viele Jahre lang war das Kunststoffspritzgießen die beliebteste Methode zur Massenproduktion von Kunststoffprodukten. Sie ist es immer noch! Laut einem Bericht von Fortune Business EinblickeEs wird erwartet, dass die Größe des globalen Kunststoffspritzgussmarktes bis 2028 $476,46 Milliarden erreichen wird. Dies entspricht einer CAGR von 4,2% von 2021 bis 2028.

Warum ist dieses Verfahren so beliebt? Und welche Kunststoffarten werden verwendet? In diesem Leitfaden zum Kunststoffspritzguss werden die technischen Grundlagen der Herstellungsmethode, das Verfahren selbst und vieles mehr erläutert.

Was ist Kunststoff-Spritzgießen?

Zunächst die Definition des Kunststoffspritzgießens: Unter Kunststoffspritzguss versteht man das Herstellungsverfahren, bei dem Kunststoff oder Polymer in Form von Granulat oder Pellets geschmolzen und unter hohem Druck in eine Form gespritzt wird.

Die Form wird im Profil des endgültigen Teils oder Produkts gestaltet. Beim Abkühlen härtet der Kunststoff aus und nimmt diese Form an. Das Verfahren des Kunststoffspritzgießens ist äußerst vielseitig und ermöglicht die Herstellung von Teilen mit einer breiten Palette von Formen und Größen.

Dieses Herstellungsverfahren ist nicht nur vielseitig, sondern auch relativ schnell und effizient, was es ideal für die Massenproduktion macht. Und da während des Prozesses nur sehr wenig Abfall anfällt, ist es auch umweltfreundlich.

Granulat für das Kunststoffspritzgießen
Granulat für das Kunststoffspritzgießen
Ressource: https://www.plasticstoday.com

Materialien für den Kunststoff-Spritzguss

Rohstoffe für das Kunststoffspritzgießen können unterschiedlich sein Arten von Kunststoffenje nach den erforderlichen Eigenschaften des Endprodukts. Die drei häufigsten Kunststoffarten für das Spritzgießen sind Thermoplaste, Elastomere und Duroplaste.

Thermoplastisches Spritzgießen

Wie der Name schon sagt, können Thermoplaste mehrfach geschmolzen und abgekühlt werden, ohne ihre Eigenschaften zu verändern. Das macht sie zu den besten Kunststoffen für das Spritzgießen. Sie sind außerdem weicher und flexibler und haben einen niedrigen Schmelzpunkt. Gängige Beispiele sind:

  • Polyethylen (PE) - Wasserflaschen, Verpackungsbehälter, Stühle
  • Polypropylen (PP) - Prothesen, Automobilteile, Gehäuse
  • Polystyrol (PS) - Einwegbesteck, Verpackungsmaterial, Stifte
  • Polyvinylchlorid (PVC) - Schuhsohlen. Kunststoffrohre, elektrische Isolierung
  • Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) - Spielzeug, Autoteile, Lego-Steine
  • Polyamid (PA) - Zahnräder, Buchsen, Elektronikgehäuse
  • Acrylfarben - Linsen, Schilder, Ablagen, Leuchtengehäuse, Displays

Elastomer-Spritzgießen

Elastomere sind eine Art von Kunststoff, der gedehnt oder gestaucht werden kann, ohne seine Form dauerhaft zu verändern. Sie werden auch als gummiartige Kunststoffe bezeichnet. Die gebräuchlichsten Elastomer-Spritzgusswerkstoffe sind:

  • Polyurethan (PU) - Isolationssohlen von Schuhen, Spielzeug
  • Silikon - Siegel und Dichtungen, Handschuhe,

Duroplast-Spritzgießen

Duroplaste sind Kunststoffe, die nur einmal geformt werden können. Das liegt daran, dass sie beim Erhitzen aushärten und nicht wie Thermoplaste geschmolzen und umgeformt werden können. Daher werden sie nicht so häufig verwendet. Beispiele für das Spritzgießen von Duroplasten sind:

  • Epoxidharz - Faserverstärkte Verbundwerkstoffe, elektrische Laminate
  • Ungesättigte Polyester - Bootsrümpfe, Duschkabinen
Kunststoff-Spritzgießmaschine
Kunststoff-Spritzgießmaschine
Ressource: https://mag.turkishplastics.net

Wie funktioniert das Kunststoff-Spritzgießen?

Kunststoffmaterial oder -materialien (normalerweise in Granulatform) werden geschmolzen und unter hohem Druck in einen Formhohlraum gespritzt. Die Schmelze kühlt dann ab und erstarrt in der gewünschten Endform.

Um die Funktionsweise des Kunststoffspritzgießens besser zu verstehen, werden wir uns zunächst die Art der verwendeten Maschine und ihre verschiedenen Teile ansehen. Danach werden wir sehen, wie der gesamte Prozess des Kunststoffspritzgießens Schritt für Schritt funktioniert.

Kunststoff-Spritzgießmaschine

Werfen wir einen genaueren Blick auf die Teile der Maschine, die das alles möglich machen. Eine Kunststoff-Spritzgießmaschine besteht im Wesentlichen aus drei Teilen: dem Trichter, dem Zylinder, dem Werkzeug und der Ausstoßeinheit.

Trichter: In den Trichter der Spritzgießmaschine wird das Kunststoffgranulat eingefüllt. Die Größe des Trichters hängt von der Größe der Maschine und der Kunststoffmenge ab, die geschmolzen werden muss.

Trommel: Hier wird das Kunststoffgranulat gemischt, geschmolzen und in geschmolzenen Kunststoff umgewandelt. Der Zylinder der Spritzgießmaschine ist in der Regel von Heizbändern umgeben, die zur Erwärmung des Granulats dienen.

Im Inneren des Zylinders befindet sich auch eine so genannte hin- und hergehende Schnecke. Die Schnecke hat die Aufgabe, das Kunststoffgranulat zu mischen und gleichmäßig zu schmelzen.

Schimmelpilz: Die Form ist das Negativ der gewünschten Form, die hergestellt werden muss. Sie wird in der Regel aus Metall hergestellt, meist Stahl oder Aluminiumund kann einen oder mehrere Hohlräume enthalten.

Auswurfanlage: Dieser Teil der Kunststoffspritzgießmaschine hilft bei der Entnahme des fertigen Produkts aus der Form.

Flussdiagramm zum Spritzgießprozess
Flussdiagramm zum Spritzgießprozess
Ressource: https://www.researchgate.net

Kunststoff-Spritzgießverfahren

In der Maschine angekommen, muss der Kunststoff nun den Spritzgießprozess durchlaufen. Der Prozess des Kunststoffspritzgießens gliedert sich in folgende Schritte: Einfüllen des Kunststoffgranulats in den Trichter, Schmelzen, Einbringen der Schmelze in die Form, Abkühlen und Auswerfen.

Laden: Das Kunststoffgranulat wird durch Schwerkraft aus dem Trichter in den Zylinder befördert. Dies ist der erste Schritt beim Spritzgießen von Kunststoff zur Herstellung verschiedener Teile.

Schmelzen: Die Pellets werden im Lauf geschmolzen, teilweise durch die ihn umgebenden Heizkörper und hauptsächlich durch den von der Schnecke erzeugten Druck und die Reibung.

Injektion: Der geschmolzene Kunststoff wird in die Form gespritzt. Dies geschieht durch Öffnen der Düse und Einspritzen des geschmolzenen Kunststoffs unter hohem Druck.

Kühlung: Der Kunststoff wird in der Form abgekühlt, bis er sich verfestigt und die Form des Formhohlraums annimmt. Meistens verfügt die Form über ein System von Kanälen, durch die ein Kühlmittel (in der Regel Wasser) in der Form zirkuliert

Auswurf: Der letzte Schritt des Kunststoff-Spritzgießverfahrens ist das Auswerfen des fertigen Produkts aus der Form. Dies geschieht durch Öffnen der Form, in der Regel mit Hilfe von Auswerferstiften. Um sicherzustellen, dass das Produkt nicht an der Form kleben bleibt, kann ein Trennmittel verwendet werden.

Bei der abschließenden Bearbeitung der ausgeworfenen Teile werden überschüssige Kunststoffreste durch Beschneiden entfernt. Die Abfälle aus dem Beschnitt können recycelt und zur Herstellung von neuem Granulat verwendet oder gesammelt und an andere Kunststoffspritzgießer verkauft werden.

Kunststoffspritzguss-Stühle
Kunststoffspritzguss-Stühle
Ressource: https://youtu.be/USg7An6OIPE

Vorteile des Kunststoffspritzgießens

Wie wir bereits gesehen haben, ist das Kunststoffspritzgießen die beliebteste Methode zur Herstellung von Kunststoffprodukten. Dafür gibt es viele Gründe, aber wir wollen hier nur einige der wichtigsten Vorteile nennen.

Massenproduktion: Einer der Hauptvorteile des Kunststoff-Spritzgießens besteht darin, dass es eine schnelle Möglichkeit ist, eine große Anzahl identischer Kunststoffteile herzustellen. Sobald die Form erstellt ist, ist der Prozess sehr schnell und kann leicht automatisiert werden. Dadurch eignet sich das Verfahren hervorragend für die Massenproduktion.

Minimale Verschwendung: Beim Spritzgießen entsteht nur sehr wenig Abfall während des Prozesses. Der überschüssige Kunststoff, insbesondere bei der Verwendung von Thermoplasten, können recycelt werden und zur Herstellung neuer Pellets oder sogar neuer Produkte verwendet werden.

Kosten-Wirksamkeit: Ein weiterer der vielen Vorteile des Kunststoffspritzgießens ist, dass es eine sehr kostengünstige Methode zur Herstellung von Kunststoffteilen ist. Die anfänglichen Einrichtungskosten mögen hoch sein, aber sobald die Form erstellt ist, sind die Kosten pro Einheit sehr niedrig.

Präzision: Das Kunststoffspritzgussverfahren ist auch eine sehr präzise Methode zur Herstellung von Kunststoffteilen. Das Verfahren erlaubt sehr enge Toleranzen und ermöglicht die Herstellung von Teilen mit sehr kompliziertem Design.

Wie viel kostet das Kunststoffspritzgießen?

Die Kosten für das Kunststoffspritzgießen hängen von mehreren Faktoren ab, z. B. von der Komplexität des Teils, der Größe des Teils, der Anzahl der Teile und dem verwendeten Material. In der Regel macht der Werkzeugbau den größten Teil der Kosten aus, da die Form nach bestimmten Abmessungen und Toleranzen hergestellt werden muss

  • Für ein einfaches Teil können die Kosten für die Herstellung einer Form zwischen $100 und $500 liegen. Bei einem komplexeren Teil können die Kosten bei $100.000 oder höher liegen. Wenn die Form sehr groß ist und ihre Herstellung mehr Zeit in Anspruch nimmt, wird sie auch mehr kosten.
  • Verschiedene Kunststoffspritzgussunternehmen haben auch unterschiedliche Preisstrukturen, so dass es wichtig ist, Angebote von mehreren Anbietern zu vergleichen, bevor man eine Entscheidung trifft.

Obwohl die Anfangskosten für das Kunststoffspritzgießen hoch sein können, sind die langfristigen Einsparungen beträchtlich: Die Qualität der Teile ist sehr gleichmäßig, und es gibt wenig Abfall oder Ausschuss.

Darüber hinaus ist der Prozess automatisiert, so dass er schnell und mit geringem Arbeitsaufwand abgeschlossen werden kann. Das bedeutet, dass Sie Ihre Produkte schneller und zu niedrigeren Gesamtkosten auf den Markt bringen können.

Schlussfolgerung

Das Kunststoffspritzgießen ist das am häufigsten verwendete Herstellungsverfahren für Kunststoffteile, von kleinen Komponenten wie Knöpfen bis hin zu großen Gegenständen wie Autoteilen. Wie wir gesehen haben, bietet es viele Vorteile. Aber es gibt auch einige Herausforderungen, die berücksichtigt werden müssen, wie z. B. die höheren Anfangskosten. Mit dem richtigen Ansatz kann das Spritzgießen jedoch die beste Methode zur Herstellung Ihrer Kunststoffteile sein.

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