Was ist Vakuumgießen? Prozess, Design und Anwendungen

Eine Schlüsseltechnik bei der Herstellung von Kunststoffteilen ist das Vakuumgießen. Das Vakuumgießen ist für seine Effizienz und Geschwindigkeit bekannt und gilt als erstklassige Methode zur Herstellung kleiner Chargen von Polyurethanprodukten. Dieses Verfahren ist besonders wertvoll für die Erstellung von Vormustern eines Produkts und ermöglicht es Herstellern, vor der Serienproduktion Markttests durchzuführen.

Ziel dieses Artikels ist es, Licht auf das Vakuumgießen zu werfen, einen entscheidenden Prozess beim Kunststoffformen, der Aufmerksamkeit verdient. Wir werden uns mit den Feinheiten des Vakuumgussverfahrens befassen, einschließlich des schrittweisen Verfahrens, der verwendeten Materialien und seines breiten Anwendungsspektrums. Durch das Verständnis der Besonderheiten des Vakuumgießens können Stakeholder seine Bedeutung bei der Entwicklung und Erprobung neuer Produkte besser einschätzen und sicherstellen, dass innovative Ideen umsetzbar und marktreif sind.

Was ist Vakuumgießen?

Vakuumgießen ist eine Soft-Tooling-Technik, bei der weiche Silikonformen zum Gießen von Polyurethan-Kunststoffen und Elastomeren verwendet werden. Daher auch die Namen Silikonguss und Urethanguss. Der gesamte Guss erfolgt in einer Vakuumkammer, wodurch das Risiko von Luftblasen im Guss eliminiert wird und die Endprodukte präzise und makellos sind.

Im Vergleich zum herkömmlichen Guss, bei dem Metallformen dauerhaft, teuer und zeitaufwändig sind, ist die Herstellung von Silikonformen schneller. Die Vorlaufzeit beträgt etwa 15 Tage und eine Silikonform kann aus bis zu 25 Teilen bestehen. Dies macht es zu einem der beliebtesten bevorzugte Methoden für Rapid Prototyping.

Der Vakuumgussprozess: Eine Schritt-für-Schritt-Anleitung

Das Schlüsselelement des Vakuumgusses ist die Silikonform. Bei der Herstellung und Verwendung von Silikonformen sind jedoch einige Vor- und Nachbearbeitungsschritte erforderlich.

Hier ist ein kurzer Blick auf alle diese Schritte:

Schritt 1: Erstellen des Mastermodells

Bereiten Sie zunächst eine Masterform vor, um diese Silikonform herzustellen. Es kann mit jeder CAD-Software wie SolidWorks, CATIA oder AutoCAD in 3D entworfen werden. Um die Form zum Leben zu erwecken, CNC-Bearbeitung or 3D Druck sind häufige Entscheidungen. (Tipps zum Formdesign finden Sie im nächsten Abschnitt.)

Die Genauigkeit der Vakuumgussteile hängt weitgehend von der Urform ab und muss daher so präzise wie möglich sein. Hierfür bietet sich das Polieren oder Schleifen der Oberfläche an.

Schritt 2: Herstellung der Silikonform

Nachdem Sie die Urform fertiggestellt haben, beginnen Sie mit dem Gießen einer weichen Silikonform. Legen Sie die Urform in einen Gusskasten und gießen Sie flüssiges Silikon ein. Zum Aushärten den Aufbau in einen auf 40℃ vorgeheizten Backofen stellen. Es kann 10 bis 16 Stunden dauern, bis Silikon aushärtet und sich verfestigt.

Entfernen Sie die Silikonform vorsichtig mit einem Messer. Wenn Sie Probleme beim Entfernen der Form haben, können Sie ein Formtrennmittel verwenden.

Schritt 3: Gießen der Teile unter Vakuum

Der letzte Schritt besteht darin, das Polyurethan in die Silikonform zu gießen. Wenn Sie eine Mischung aus Harzen verwenden, mischen Sie diese zuerst. Fügen Sie jetzt Farbpigmente hinzu, wenn Sie Farben wünschen. Entfernen Sie dann die Luft aus der Form, um ein Vakuum zu erzeugen, und gießen Sie das Harz hinein. Dieser Vakuumschritt ist wichtig, da er die Bildung von Luftblasen verhindert und sicherstellt, dass das Harz jeden Teil der Form bedeckt.

Materialien, die beim Vakuumgießen verwendet werden

Das Silikongussverfahren eignet sich weitgehend für Polyurethanharze und Elastomere. Einige gängige Materialoptionen sind:

ABS-ähnliche Harze

ABS-Harz hat ähnliche Eigenschaften wie ABS-Thermoplast; es ist hart, formstabil und schlagfest. Unter diesen Harzen zeichnet sich das ABS-ähnliche UP4280 durch seine Hitzebeständigkeit und hohe Festigkeit aus, was es zu einer beliebten Wahl für die Prototypenherstellung macht. Darüber hinaus bietet das PX250-Harz eine hohe Schlagfestigkeit und UV-Beständigkeit, Eigenschaften, die sich ideal für die Herstellung von Gegenständen wie Helmen eignen. Für das Rapid Prototyping stellt PX100 eine weitere praktikable Option dar und stellt sicher, dass für eine Vielzahl von Anwendungen ein geeignetes ABS-ähnliches Harz zur Verfügung steht. Dieser strukturierte Ansatz hebt die spezifischen Vorteile und Anwendungen jedes ABS-ähnlichen Harzes hervor und sorgt für eine logische Konsistenz im Inhalt.

Glasgefülltes Nylon-ähnliches Material

Glasgefülltes, nylonähnliches Material verbessert die Leistung von Produkten, die durch Vakuumguss hergestellt werden, erheblich. Durch den Einbau von Glasfasern in die Nylonmatrix werden die Zugfestigkeit und Steifigkeit des Materials deutlich erhöht. Durch diese Verstärkung ist es in der Lage, höheren mechanischen Belastungen und Beanspruchungen standzuhalten, was es zur idealen Wahl für Anwendungen macht, die Haltbarkeit und Belastbarkeit erfordern. Seine einzigartige Zusammensetzung stellt sicher, dass Komponenten aus glasfaserverstärktem, nylonähnlichem Material nicht nur stärker sind, sondern auch einer harten Beanspruchung besser standhalten.

Elastomer TPE-ähnlich

Auch thermoplastische Elastomere wie Gummi eignen sich hervorragend zum Formen. UP8400 ist ein gummiartiges Elastomer, das schwarz oder weiß aussieht, gut fließt und eine hohe Dehnung aufweist. Es wird zur Herstellung von Dichtungen, Dichtungen und Handgriffen verwendet. T0387 ist ein Beispiel für ein durchscheinendes gummiartiges Material, das für das Vakuumgießen optimiert ist.

PC-ähnlich

Es ist ein klares, leichtes und schlagfestes Material, das sich leicht bearbeiten lässt. Zwei PC-ähnliche Materialien, PX510 und UP6160, werden üblicherweise für das Vakuumgießen verwendet. Sie zeichnen sich bei Anwendungen aus, die Haltbarkeit und visuelle Klarheit erfordern, und bieten eine einfache Bearbeitung und die Möglichkeit, präzise, ​​detaillierte Teile herzustellen. Diese Materialien eignen sich ideal für die Herstellung von Bauteilen, bei denen Festigkeit und Ästhetik im Vordergrund stehen, und sind daher im Bereich des Vakuumgusses unverzichtbar.

Klare Harze

Klare Harze wie PMMA/Acryl sind hitze- und bruchfest bei mittlerer Festigkeit. Sie eignen sich hervorragend zum Gießen transparenter Gussteile und Platten. X522HT ist ein Beispiel für ein durchscheinendes Kunststoffharz, das beim Silikonformen verwendet werden kann.

Hochschlagfeste Harze

Hochschlagfeste Harze wie UP5690, das Polypropylen (PP) ähnelt, und PU8098, das Polycarbonat (PC) ähnelt, sind so konzipiert, dass sie die wünschenswerten Eigenschaften ihrer Gegenstücke nachbilden. Diese Materialien zeichnen sich durch eine bemerkenswerte Schlagzähigkeit und Chemikalienbeständigkeit aus und eignen sich daher hervorragend für Anwendungen mit hoher Belastung. Aufgrund ihrer Robustheit und Haltbarkeit sind UP5690 und PU8098 von unschätzbarem Wert für die Herstellung von Teilen, die sowohl Belastbarkeit als auch Zuverlässigkeit unter Belastung erfordern.

Designrichtlinien für Vakuumguss

Diese Richtlinien helfen Ihnen bei der Entwicklung präziser Vakuumgussprodukte und bei der kritischen Anpassung von Details während der Entwurfsphase.

Toleranzen

Eine toleranzorientierte Konstruktion stellt sicher, dass Ihre Komponenten zusammenpassen und die gewünschten Spezifikationen erfüllen. Beim Silikonformguss beträgt die Schrumpfung 0.15 %. Daher muss der Entwurf danach erstellt werden.

Wandstärke

Beim Vakuumgießen besteht die Freiheit, unterschiedliche Wandstärken innerhalb desselben Teils zu integrieren. Für optimale Ergebnisse ist es jedoch am besten, die Konsistenz beizubehalten und eine Wandstärke von mindestens 1.5 mm einzuhalten, um die strukturelle Integrität sicherzustellen.

Rippen

Das Hinzufügen von Rippen erhöht die Festigkeit und verringert die Verformung, insbesondere in großen flachen Bereichen. Seine Dicke muss geringer sein als die angrenzende Wandstärke, um ein Schrumpfen und Absinken zu verhindern. Idealerweise sollte die Rippendicke weniger als 60 % der Nennwanddicke betragen.

Bosses

Bei der Gestaltung von Gehäusen oder Gehäusen sind Noppen üblich. Sie erhöhen die Festigkeit an den Befestigungspunkten. Sie sollten eine Mindestdurchmesserhöhe von 1 mm haben. Um das Risiko des Einsinkens zu minimieren, überschritt ihre Wandstärke außerdem nicht mehr als 60 % der Nenndicke des Teils.

Hinterschneidungen

Anders als bei Prozessen, die harte Werkzeuge erfordern, erfordern Hinterschnitte beim Vakuumgießen keine Verwendung von Einsätzen und können frei gestaltet werden.

Geprägte Details

Halten Sie bei Texten und Logos, die erhaben (erhaben) oder geprägt (vertieft) sind, eine Mindesttiefe oder -höhe von 1 mm und eine Mindestbreite von 1 mm ein, um sicherzustellen, dass diese Details sichtbar und klar erkennbar sind. Halten Sie außerdem einen Abstand von 1 mm zwischen den Zeichen ein, um die Lesbarkeit zu verbessern.

Anwendungen des Vakuumgießens in verschiedenen Branchen

Hier ein Einblick in ein breites Spektrum industrieller Anwendungen, bei denen die Polyurethan-Gießtechnik zum Einsatz kommt:

Vorteile und Grenzen des Vakuumgießens

Um zu analysieren, ob das Vakuumgussverfahren für Ihre gewünschten Anwendungen geeignet wäre, gehen Sie diese Vorteile und Einschränkungen durch.

Vorteile

Designflexibilität: Der Prozess berücksichtigt eine Reihe von Designelementen, von komplizierten Details wie Rippen, Hinterschneidungen und geprägten Logos bis hin zu komplexen Designgeometrien. Es ist auch kostengünstig, Designänderungen in weichem Silikon vorzunehmen, das bereits nach einigen Anwendungen entsorgt werden muss.

 Kostengünstige Werkzeuge: Die Silikonformen, das wichtigste Werkzeug des Prozesses, sind im Vergleich zu Metallformen relativ kostengünstiger herzustellen. Silikonformen werden für ein paar Hundert Dollar hergestellt, wohingegen Formen für Spritzguss oder Metallguss Tausende kosten können.  

Hochwertige Oberflächen: Unabhängig davon, ob glänzende, matte oder strukturierte Oberflächen erforderlich sind, kann der Gussprozess Ergebnisse liefern, die die Erwartungen erfüllen oder übertreffen. Man kann Harze mischen, Pigmente hinzufügen und so die gewünschte Oberflächenbeschaffenheit und -qualität erzielen.

Schnell umdrehen: Der einzige zeitraubende Aspekt ist der Master-Musterentwurf. Aber die Herstellung einer Silikonform dauert nur Stunden. Die Vorlaufzeit für den gesamten Prozess beträgt von Anfang bis Ende bis zu 15 Tage. Während einige andere Gussprozesse Wochen dauern.

Einschränkungen

Materialbeschränkungen: Das Silikonformverfahren funktioniert am besten mit Polyurethanharzen und Elastomeren, eignet sich jedoch nicht zum Formen harter Industriematerialien, beispielsweise Metalle. Für den Metall-Vakuumguss, Es gibt ein spezielles, ähnliches Verfahren namens Vakuumguss oder Vakuumfeinguss.

Größenbeschränkungen: Für Silikonformen gelten einige Größenbeschränkungen. In den meisten Fällen sind Formen zwischen 500 und 900 mm möglich.

Die Haltbarkeit von Silikonformen: Diese Formen haben eine begrenzte Lebensdauer. Sie sind in der Lage, 20 bis 25 hochwertige Teile herzustellen, bevor es zu einer Verschlechterung der Präzision und Details kommt.

Vakuumgießen im Vergleich zu anderen Herstellungsverfahren

Vergleichen wir abschließend das Vakuumgießen mit relativ ähnlichen Formverfahren.

Vakuumgießen vs. Vakuumformen

Beim Vakuumguss gießen Hersteller flüssige Harze unter Vakuum in eine Silikonform, um hochwertige, luftblasenfreie Teile herzustellen. Diese Methode eignet sich am besten für Prototypen oder kleine bis mittlere Produktionsläufe.

Beim Vakuumformen hingegen wird eine Kunststofffolie erhitzt, bis sie biegsam ist, und dann mithilfe von Vakuumdruck über einer Form geformt. Dieses Verfahren eignet sich am besten für größere und dünnere Artikel wie Verpackungen und Produktgehäuse.

Vakuumguss vs. Schleuderguss

Schleuderguss Formt hauptsächlich zylindrische Teile wie Rohre, Buchsen und Ringe, indem geschmolzenes Metall in eine rotierende Form gegossen wird. Durch die Zentrifugalkraft wird das Material dann gleichmäßig an den Seiten verteilt und es entsteht ein hohlzylindrischer Gegenstand. Bei der Vakuumgusstechnik hingegen wird geschmolzenes Polyurethanharz in eine statische Silikonform gegossen.

Im Vergleich zum Vakuumguss ist Schleuderguss besser für Metalle geeignet und führt zu Teilen mit besseren mechanischen Eigenschaften. Allerdings bietet das Vakuumgießen eine größere Vielseitigkeit bei Design und Materialauswahl für nichtmetallische Teile, wodurch es sich für Prototypen und nichtstrukturelle Komponenten eignet.

Vakuumguss vs. Spritzguss

Das Spritzgießen ist eine präzisere und fortschrittlichere Version des Silikon-Vakuumgießens. Spritzgießen drückt geschmolzenes Material unter hohem Druck in eine Metallform, um Teile mit engen Toleranzen herzustellen. Es ist ideal für die Massenproduktion, aber die Anschaffungskosten für die Werkzeuge sind deutlich höher und die Herstellung dauert länger als bei Silikonformen, die beim Vakuumgießen verwendet werden.

Beim Vakuumguss hingegen wird zum Gießen eine Silikonform verwendet. Es bietet Flexibilität bei Designänderungen bei geringeren Vorlaufkosten für den Formenbau.  

Vakuumguss vs. 3D-Druck

3D-Druck ist ein additives Fertigungsverfahren, bei dem Teile Schicht für Schicht aus einer digitalen Datei aufgebaut werden. Das bedeutet, dass jede Art komplizierter und komplexer Geometrien möglich ist, die digital entworfen werden können. Es ist sehr anpassungsfähig und kann Teile relativ schnell herstellen, aber die Herstellung mehrerer Kopien kostet Zeit.

Das Vakuumgießen dauert länger, da es ein hochwertiges Meistermodell erfordert (oft durch 3D-Druck oder CNC-Bearbeitung hergestellt). Sobald jedoch eine Form hergestellt ist, ist es schneller, mehrere Kopien eines Teils mit konsistenten Materialeigenschaften und Oberflächenbeschaffenheiten anzufertigen.

Ist Vakuumgießen teuer?

Vergleicht man das Vakuumgussverfahren mit zwei ähnlichen Anwendungsverfahren, beispielsweise Spritzguss oder 3D-Formen, ist es relativ günstiger. Spritzgussformen bestehen aus Metall und sind teurer in der Herstellung als Silikon- und Urformen. Zweitens sind die Spritzgießmaschinen selbst im Vergleich zu einfachen Vakuumformmaschinen teuer. Schließlich sind auch die Materialkosten im Vergleich zu anderen Verfahren geringer.

Auswahl des richtigen Vakuumgussdienstes

Vakuumgießen ist ein Bedarf jeder Branche – sei es Automobil, Verpackung, Medizin oder Luft- und Raumfahrt. Es eignet sich auch ideal für die Herstellung einer Reihe von Prototypen, deren Eigenfertigung die Kosten erheblich in die Höhe treiben könnte.

Wenn Ihr Projekt in der Pipeline ist und Sie darauf warten, dass Ihr neues Produktkonzept präzise und originalgetreu umgesetzt wird, ist Rapid Direct Ihre erste Wahl Vakuumgussdienstleistungen. Wir sind darauf spezialisiert, exakte Prototypen zu einem Bruchteil der üblichen Kosten und Zeit herzustellen.

Unser Angebot deckt ein breites Spektrum an Anforderungen ab, unabhängig davon, ob Sie den Prototyp eines bahnbrechenden Designs entwerfen oder Markttests mit einer begrenzten Produktserie durchführen möchten.

RapidDirect verfügt über die Zertifizierungen ISO 9001:2015 und ISO 13485. Dies stellt sicher, dass jedes von uns gelieferte Produkt den höchsten Qualitätsstandards entspricht. Wir verfügen über ein Ingenieursteam, das Sie vom ersten Entwurf bis zur Entwicklung des Endprodukts unterstützt.  

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