Master spuitgieten:grondbeginselen, toepassingen en ontwerptips

DEEL DIT ARTIKEL

In deze gids vindt u alles wat u moet weten over spuitgieten. Beheers de basisprincipes van de technologie en leer snel bruikbare ontwerptips waarmee u tijd en kosten bespaart.

Deel 1

De basisprincipes van spuitgieten

Wat is spuitgieten? Hoe werkt het en waarvoor wordt het gebruikt?

In deze sectie beantwoorden we deze vragen en laten we u algemene voorbeelden zien van spuitgegoten onderdelen, zodat u vertrouwd raakt met de basismechanismen en toepassingen van de technologie.

Wat is spuitgieten?

Spuitgieten is een productietechnologie voor massaproductie uit identieke kunststof onderdelen met goede toleranties. Bij spuitgieten worden polymeerkorrels eerst gesmolten en vervolgens onder druk in een mal gespoten, waar het vloeibare plastic afkoelt en stolt. De materialen die bij het spuitgieten worden gebruikt, zijn thermoplastische polymeren die kunnen worden gekleurd of gevuld met andere additieven.

Bijna elk plastic onderdeel om je heen werd vervaardigd via spuitgieten:van auto-onderdelen tot elektronische behuizingen en keukenapparatuur.

Spuitgieten is zo populair vanwege de dramatisch lage kosten per eenheid bij de productie van grote volumes . Spuitgieten biedt hoge herhaalbaarheid en goede ontwerpflexibiliteit . De belangrijkste beperkingen op spuitgieten zijn meestal van economische aard, zoals hoge initiële investeringen want de mal is vereist. Ook de doorlooptijd van ontwerp tot productie is traag (minimaal 4 weken).

Het spuitgietproces

Spuitgieten wordt tegenwoordig veel gebruikt voor zowel consumentenproducten als technische toepassingen. Bijna elk plastic item om je heen is vervaardigd met behulp van spuitgieten. Dit komt omdat de technologie identieke onderdelen kan produceren bij zeer hoge volumes (doorgaans 1.000 tot 100.000+ eenheden) tegen zeer lage kosten per onderdeel (meestal $ 1-5 per eenheid).

Maar vergeleken met andere technologieën zijn de opstartkosten lager spuitgieten zijn relatief hoog, vooral omdat maatwerk nodig is. Een matrijs kan tussen de $3.000 en $100.000+ kosten, afhankelijk van de complexiteit, het materiaal (aluminium of staal) en de nauwkeurigheid (prototype, pilot-run of volledige productiematrijs).

Alle thermoplastische materialen kunnen worden spuitgegoten. Sommige soorten siliconen en andere thermohardende harsen zijn ook compatibel met het spuitgietproces. De meest gebruikte materialen bij het spuitgieten zijn:

• Polypropyleen (PP): ~38% van de mondiale productie
• ABS: ~27% van de mondiale productie
• Polyethyleen (PE): ~15% van de mondiale productie
• Polystyreen (PS): ~8% van de mondiale productie

Zelfs als we alle andere mogelijke productietechnologieën in aanmerking nemen, is spuitgieten met deze vier materialen alleen al verantwoordelijk voor meer dan 40% van alle plastic onderdelen die jaarlijks wereldwijd worden geproduceerd!

Een korte geschiedenis van spuitgieten

Kunststof vervangt ivoor

In 1869 vond John Wesley Hyatt celluloid uit, het eerste praktische kunstmatige plastic dat ivoor moest vervangen voor de productie van… biljartballen! Vroege spuitgietmachines gebruikten een vat om het plastic op te warmen en een plunjer om het in de mal te injecteren.

Een revolutionaire uitvinding

Halverwege de jaren vijftig bracht de uitvinding van de heen en weer bewegende schroef in zijn eentje een revolutie teweeg in de kunststofindustrie. De heen en weer bewegende schroef loste belangrijke problemen op met de ongelijkmatige verwarming van het plastic waarmee eerdere systemen te maken kregen, en opende nieuwe horizonten voor de massaproductie van plastic onderdelen.

Vandaag spuitgieten

Tegenwoordig is spuitgieten een markt van $300 miljard. Jaarlijks worden er wereldwijd ruim 5 miljoen ton plastic onderdelen geproduceerd via spuitgieten. De laatste tijd neemt de vraag naar biologisch afbreekbare materialen om milieuredenen toe.

Spuitgietmachines:hoe werken ze?

Een spuitgietmachine bestaat uit 3 hoofdonderdelen:de injectie-eenheid , de mal - het hart van het hele proces - en de klem-/uitwerpeenheid .

In deze sectie onderzoeken we het doel van elk van deze systemen en hoe hun fundamentele werkingsmechanismen het eindresultaat van het spuitgietproces beïnvloeden.

Bekijk hier een grote spuitgietmachine in actie terwijl hij elke 3 seconden 72 doppen produceert:

De injectie-eenheid

Het doel van de injectie-unit is om het ruwe plastic te smelten en in de mal te geleiden. Het bestaat uit de hopper , het vat , en de heen en weer bewegende schroef .

Dit is hoe het spuitgietproces werkt:

1. De polymeerkorrels worden eerst gedroogd en in de trechter geplaatst, waar ze worden gemengd met het kleurpigment of de andere versterkende toevoegingen.
2. De korrels worden in het vat gevoerd, waar ze tegelijkertijd worden verwarmd, gemengd en door een schroef met variabele spoed naar de mal worden bewogen. De geometrie van de schroef en de cilinder is geoptimaliseerd om de druk op het juiste niveau op te bouwen en het materiaal te laten smelten.
3. De ram beweegt dan naar voren en het gesmolten plastic wordt via het runnersysteem in de mal geïnjecteerd, waar het de hele holte vult. Naarmate het materiaal afkoelt, stolt het opnieuw en neemt het de vorm aan van de mal.
4. Tenslotte gaat de mal open en wordt het nu massieve deel door de uitwerppennen naar buiten geduwd. De mal sluit dan en het proces herhaalt zich.

   Het hele proces kan zeer snel worden herhaald:de cyclus duurt ongeveer 30 tot 90 seconden afhankelijk van de grootte van het onderdeel.

   Nadat het onderdeel is uitgeworpen, wordt het op een transportband of in een opslagcontainer afgegeven. Meestal zijn spuitgietonderdelen direct klaar voor gebruik en behoeven ze weinig tot geen nabewerking.

Het vervaardigen van de mal

De mal is als het negatief van een foto:de geometrie en oppervlaktetextuur worden rechtstreeks op het spuitgietonderdeel overgebracht.

Meestal vormt dit het grootste deel van de opstartkosten bij spuitgieten:de kosten van een typische matrijs beginnen bij ongeveer $2.000-5.000 voor een eenvoudige geometrie en relatief kleine productieruns (1.000 tot 10.000 eenheden) en kunnen oplopen tot $100.000 voor matrijzen die zijn geoptimaliseerd voor productieorders op volledige schaal (100.000 eenheden of meer).

Dit komt door het hoge niveau van expertise dat nodig is om een hoogwaardige matrijs te ontwerpen en te vervaardigen die nauwkeurig duizenden (of honderdduizenden) onderdelen kan produceren.

Mallen worden meestal CNC-gefreesd uit aluminium of gereedschapsstaal en vervolgens afgewerkt volgens de vereiste standaard. Afgezien van het negatieve van het onderdeel, hebben ze ook andere kenmerken, zoals het runnersysteem dat de stroom van het materiaal in de mal vergemakkelijkt, en interne waterkoelingskanalen die de koeling van het onderdeel bevorderen en versnellen.

Lees meer over CNC-bewerking in de productie- en ontwerpgids →

Recente ontwikkelingen op het gebied van 3D-printmaterialen hebben de productie mogelijk gemaakt van matrijzen die geschikt zijn voor spuitgieten in kleine oplages (100 onderdelen of minder) tegen een fractie van de kosten. Dergelijke kleine volumes waren in het verleden economisch niet levensvatbaar vanwege de zeer hoge kosten van de traditionele matrijzenbouw.

*Een industrieel matrijsontwerp voor de productie van tienduizenden plastic onderdelen. Links is de holte te zien en rechts de kern.*

De anatomie van de mal

De eenvoudigste mal is de straight-pull mal. Het bestaat uit 2 helften:de holte (de voorkant) en de kern (de achterkant).

In de meeste gevallen rechtgetrokken mallen hebben de voorkeur, omdat ze eenvoudig te ontwerpen en te vervaardigen zijn, waardoor de totale kosten relatief laag blijven. Er zijn echter enkele ontwerpbeperkingen:het onderdeel moet aan elke kant een 2D-geometrie hebben en mag geen overhangen hebben (dat wil zeggen gebieden die niet van onderaf worden ondersteund).

Als er complexere geometrieën nodig zijn, gebruik dan intrekbare kernen met zijwerking of andere inzetstukken zijn vereist.

Zijwaarts werkende kernen zijn bewegende elementen die vanaf de boven- of onderkant de mal binnenkomen en worden gebruikt om onderdelen met uitsteeksels (bijvoorbeeld een holte of een gat) te vervaardigen. Er moet echter spaarzaam gebruik worden gemaakt van nevenacties, aangezien de kosten snel stijgen.

Interessant feit: Ongeveer 50% van de typische spuitgietcyclus is gewijd aan afkoelen en stollen. Het minimaliseren van de dikte van een ontwerp is essentieel om deze stap te versnellen en de kosten te verlagen.

De 2 zijden van de mal:A-zijde en B-zijde

Spuitgietonderdelen hebben twee zijden:de A-zijde, die naar de holte is gericht (voorste helft van de mal) en de B-zijde, die naar de kern is gericht (achterste helft van de mal). Deze twee partijen dienen doorgaans verschillende doeleinden:

• De A-kant ziet er meestal beter uit en wordt vaak de cosmetische kant genoemd . De vlakken aan de A-zijde zijn glad of hebben een structuur volgens uw ontwerpspecificaties.

• De B-kant bevat meestal de verborgen (maar zeer belangrijke) structurele elementen van het onderdeel (de nokken, ribben, kliksluitingen enzovoort). Om deze reden wordt dit de functionele kant genoemd . De B-zijde heeft vaak een ruwere afwerking en zichtbare markeringen van de uitwerppennen.

Materiaal in de mal injecteren:het runnersysteem

Het runnersysteem is het kanaal dat het gesmolten plastic in de holte van de mal geleidt. Het regelt de stroom en druk waarmee het vloeibare plastic in de holte wordt geïnjecteerd en na het uitwerpen wordt verwijderd (het breekt af). Het runnersysteem bestaat doorgaans uit 3 hoofdonderdelen:

• De sprue is het hoofdkanaal waar al het gesmolten plastic in eerste instantie doorheen stroomt als het de mal binnenkomt.
• De loper verspreidt het gesmolten plastic langs het oppervlak waar de twee helften van de mal samenkomen en verbindt het spoor met de poorten. Er kunnen een of meer lopers zijn die het materiaal naar een of meerdere delen geleiden. Het runnersysteem wordt na het uitwerpen van het onderdeel afgesneden. Dit is het enige materiaalafval bij spuitgieten, waarvan 15-30% gerecycled en hergebruikt kan worden.
• De poort (is het punt waar het materiaal de holte van de mal binnenkomt. De geometrie en locatie ervan zijn belangrijk, omdat deze de stroming van het plastic bepalen.

Verschillende poorttypes zijn geschikt voor verschillende toepassingen. Er worden 4 soorten poorten gebruikt bij het spuitgieten:

• Randpoorten injecteer materiaal op de scheidingslijn van de twee helften van de mal en zijn het meest voorkomende poorttype. Het runnersysteem moet later handmatig worden verwijderd, waardoor er een kleine onvolkomenheid overblijft op het injectiepunt.
• Tunnelpoorten injecteer materiaal onder de scheidingslijn. Het runnersysteem breekt af wanneer het onderdeel uit de mal wordt geworpen, waardoor handmatige verwijdering niet meer nodig is. Dit maakt dit type poort ideaal voor zeer grote volumes.
• Postpoorten injecteer het materiaal vanaf de achterkant van de spouw, waardoor de kleine onvolkomenheid wordt verborgen die overblijft bij het breken van de andere poorttypen. Deze poorten worden gebruikt voor onderdelen die een uitstekende visuele uitstraling vereisen.
• Hete tips zijn rechtstreeks verbonden met de spoor en injecteren plastic vanaf de bovenzijde van het onderdeel. Op deze manier wordt er geen materiaal verspild aan het runnersysteem, waardoor ze ideaal zijn voor productie op grote schaal, maar er zal wel een kuiltje zichtbaar zijn op het injectiepunt.

Het overblijfsel

Op het punt waar het runnersysteem met het onderdeel verbonden is, is meestal een kleine onvolkomenheid zichtbaar, het overblijfsel genoemd.

Indien de aanwezigheid van het overblijfsel om esthetische redenen niet wenselijk is, kan het ook “verborgen” worden in de functionele B-zijde van het onderdeel.

Het klem- en uitwerpsysteem

Aan de andere kant van een spuitgietmachine bevindt zich het klemsysteem. Het klemsysteem heeft een dubbel doel:het houdt de 2 delen van de mal stevig gesloten tijdens het injecteren en duwt het onderdeel uit de mal nadat deze geopend is.

Nadat het onderdeel is uitgeworpen, valt het op een transportband of een emmer voor opslag en begint de cyclus opnieuw.

De uitlijning van de verschillende bewegende delen van de mal is echter nooit perfect. Hierdoor ontstaan 2 veelvoorkomende onvolkomenheden die op vrijwel elk spuitgietonderdeel zichtbaar zijn:

• Scheidingslijnen die zichtbaar zijn aan de zijkant van een deel waar de 2 helften van de mal samenkomen. Ze worden veroorzaakt door kleine verkeerde uitlijningen en de licht afgeronde randen van de mal.

• Uitwerpmarkeringen (of getuigenmarkeringen) die zichtbaar zijn op de verborgen B-zijde van het onderdeel. Ze ontstaan doordat de uitwerppennen iets uitsteken boven of ingedeukt zijn onder het oppervlak van de mal.

 De onderstaande afbeelding toont de mal die wordt gebruikt om beide zijden van de behuizing van een afstandsbediening te vervaardigen. Snelle quiz:probeer de *kern* (A-kant), de *holte* (B-kant), het runnersysteem te vinden , de uitwerppennen , de kern van de zijactie en de ventilatieopeningen op deze mal.

Voordelen en beperkingen van spuitgieten

Spuitgieten is een gevestigde productietechnologie met een lange geschiedenis, maar wordt voortdurend verfijnd en verbeterd met nieuwe technologische ontwikkelingen.

Hieronder vindt u een kort overzicht van de belangrijkste voor- en nadelen van spuitgieten, zodat u kunt begrijpen of dit de juiste oplossing is voor uw toepassing.

Voordelen van spuitgieten

Grootschalige productie van kunststoffen

Spuitgieten is de meest kostenconcurrerende technologie voor het vervaardigen van grote aantallen identieke kunststof onderdelen. Zodra de mal is gemaakt en de machine is ingesteld, kunnen extra onderdelen zeer snel en tegen zeer lage kosten worden vervaardigd.

Het aanbevolen minimale productievolume voor spuitgieten bedraagt 500 stuks. Op dit punt beginnen de schaalvoordelen zich te manifesteren en hebben de relatief hoge initiële kosten van gereedschap een minder prominent effect op de eenheidsprijs.

Ruim aanbod aan materialen

Bijna elk thermoplastisch materiaal (en sommige thermoharders en siliconen) kan worden spuitgegoten. Dit geeft een zeer breed scala aan beschikbare materialen met diverse fysieke eigenschappen om mee te ontwerpen.

Onderdelen geproduceerd met spuitgieten hebben zeer goede fysieke eigenschappen. Hun eigenschappen kunnen worden aangepast door het gebruik van additieven (bijvoorbeeld glasvezels) of door verschillende pellets met elkaar te mengen (bijvoorbeeld PC/ABS-mengsels) om het gewenste niveau van sterkte, stijfheid of slagvastheid te bereiken.

Zeer hoge productiviteit

De typische spuitgietcyclus duurt 15 tot 60 seconden, afhankelijk van de grootte van het onderdeel en de complexiteit van de matrijs. Ter vergelijking:CNC-bewerking of 3D-printen kan minuten tot uren duren om dezelfde geometrie te produceren. Bovendien kan één enkele matrijs meerdere onderdelen bevatten, waardoor de productiemogelijkheden van dit productieproces verder worden vergroot.

Dit betekent dat er elk uur honderden (of zelfs duizenden) identieke onderdelen kunnen worden geproduceerd.

Grote herhaalbaarheid en toleranties

Het spuitgietproces is zeer herhaalbaar en de geproduceerde onderdelen zijn in wezen identiek. Natuurlijk treedt er in de loop van de tijd enige slijtage op aan de matrijs, maar een typische aluminium matrijs die in een pilot-run is uitgevoerd, gaat 5.000 tot 10.000 cycli mee, terwijl matrijzen op volledige schaal van gereedschapsstaal meer dan 100.000 cycli aankunnen.

Doorgaans levert spuitgieten onderdelen op met toleranties van ± 0,500 mm (0,020 ''). Nauwere toleranties tot ± 0,125 mm (0,005’’) zijn onder bepaalde omstandigheden ook haalbaar. Dit nauwkeurigheidsniveau is voldoende voor de meeste toepassingen en vergelijkbaar met zowel CNC-bewerking als 3D-printen.

Uitstekende visuele uitstraling

Een belangrijke kracht van spuitgieten is dat het eindproducten kan produceren die weinig tot geen extra afwerking nodig hebben. De oppervlakken van de mal kunnen in zeer hoge mate worden gepolijst om spiegelachtige onderdelen te creëren. Of ze kunnen worden geparelstraald om gestructureerde oppervlakken te creëren. De SPI-normen bepalen het afwerkingsniveau dat kan worden bereikt.

Ontvang de aanbevelingen voor afwerking/materiaalcompatibiliteit →

Beperkingen van spuitgieten

Hoge opstartkosten voor tooling

De belangrijkste economische beperking van spuitgieten zijn de hoge kosten van gereedschap. Omdat voor elke geometrie een mal op maat gemaakt moet worden, zijn de opstartkosten zeer hoog. Deze hebben voornamelijk betrekking op het ontwerp en de productie van de mal, die doorgaans tussen de $ 5.000 en $ 100.000 kost. Om deze reden is spuitgieten alleen economisch haalbaar bij producties groter dan 500 stuks.

Ontwerpwijzigingen zijn kostbaar

Nadat een mal is vervaardigd, is het erg duur om deze aan te passen. Ontwerpwijzigingen vereisen meestal het maken van een geheel nieuwe mal. Om deze reden is het correct ontwerpen van een onderdeel voor spuitgieten erg belangrijk.

In deel 2 noemen we de belangrijkste ontwerpoverwegingen waarmee u rekening moet houden bij het ontwerpen voor spuitgieten. In deel 5 zullen we ook zien hoe u het risico kunt beperken door fysieke prototypes van uw onderdelen te maken.

Langere doorlooptijden dan andere technologieën

De typische doorlooptijd voor spuitgieten varieert tussen de 6 en 10 weken. 4-6 weken om de mal te vervaardigen, plus 2-4 weken voor productie en verzending. Als er ontwerpwijzigingen nodig zijn (iets wat vaak voorkomt), neemt de doorlooptijd dienovereenkomstig toe.

Ter vergelijking:onderdelen die in een desktop 3D-printer zijn gemaakt, kunnen in één nacht klaar zijn voor levering, terwijl industriële 3D-printsystemen een typische doorlooptijd van 3-5 dagen hebben. CNC-gefreesde onderdelen worden doorgaans binnen 10 dagen of zelfs 5 dagen geleverd.

Voorbeelden van producten gemaakt met spuitgieten

Als je nu om je heen kijkt, zie je in ieder geval een paar producten die via spuitgieten zijn vervaardigd. Waarschijnlijk kijk je er nu naar:de behuizing van het apparaat dat je gebruikt om deze handleiding te lezen.

Om ze te herkennen, let op deze 3 dingen:een scheidingslijn , getuigensporen aan de verborgen zijde en een relatief uniforme wanddikte gedurende het hele stuk.

We hebben enkele voorbeelden verzameld van producten die gewoonlijk via spuitgieten worden vervaardigd, om een beter inzicht te krijgen in wat met dit productieproces kan worden bereikt.

Speelgoed

Verpakking

Miniaturen

Automobiel

Elektrisch

Gezondheidszorg

Legoblokjes

Legoblokjes zijn een van de meest herkenbare voorbeelden van spuitgietonderdelen. Ze zijn vervaardigd met behulp van mallen, zoals die op de foto, die 120 miljoen legoblokjes produceerden (dat zijn 15 miljoen cycli) voordat het uit bedrijf werd genomen.

Het materiaal dat voor Legosteentjes wordt gebruikt is ABS vanwege de hoge slagvastheid en uitstekende vormbaarheid. Elke afzonderlijke steen is tot in de perfectie ontworpen, waarbij toleranties tot 10 micrometer (of een tiende van een mensenhaar) worden bereikt.

Dit wordt gedeeltelijk bereikt door gebruik te maken van de beste ontwerppraktijken, die we in de volgende sectie zullen onderzoeken (uniforme wanddikte, diepgangshoeken, ribben, reliëftekst enz.).

Een oude Legosteenvorm

Flessendoppen

Veel kunststofverpakkingen worden spuitgegoten. Verpakkingen zijn zelfs de grootste markt voor spuitgieten.

Kroonkurken worden bijvoorbeeld spuitgegoten uit polypropyleen. Polypropyleen (PP) heeft een uitstekende chemische bestendigheid en is geschikt om in contact te komen met voedingsmiddelen.

Op flesdoppen kunt u ook alle gebruikelijke onvermijdelijke onvolkomenheden bij het spuitgieten zien (scheidingslijn, uitwerpsporen enz.) en veel voorkomende ontwerpkenmerken (ribben, stripondersnijdingen enz.).

Modelvliegtuigen

Modelvliegtuigen zijn een ander veel voorkomend voorbeeld van spuitgietonderdelen. Het materiaal dat hier wordt gebruikt is voornamelijk polystyreen (PS), vanwege de lage kosten en het gemak van het vormen.

Wat interessant is aan modelvliegtuigsets is dat ze worden geleverd met het runnersysteem er nog aan bevestigd. Je kunt dus het pad zien dat het gesmolten plastic volgde om de lege mal te vullen.

Auto-onderdelen

Bijna elk kunststof onderdeel in het interieur van een auto is spuitgegoten. De 3 meest gebruikte spuitgietmaterialen in de auto-industrie zijn polypropyleen (PP) voor niet-kritieke onderdelen, PVC vanwege de goede weersbestendigheid en ABS vanwege de hoge slagsterkte.

Meer dan de helft van de plastic onderdelen van een auto is gemaakt van een van deze materialen, inclusief de bumpers, de carrosseriedelen en de dashboards.

Consumentenelektronica

De behuizingen van bijna elk in massa geproduceerd elektronisch consumentenapparaat zijn spuitgegoten. ABS en polystyreen (PS) genieten hier de voorkeur vanwege hun uitstekende slagvastheid en goede elektrische isolatie.

Medische apparaten

Er zijn veel steriliseerbare en biocompatibele materialen beschikbaar voor spuitgieten.

Siliconen van medische kwaliteit zijn een van de populairste materialen in de medische industrie. Siliconen zijn echter thermohardend, dus er zijn speciale machines en procesbeheersing nodig, waardoor de kosten stijgen.

Voor toepassingen met minder strenge eisen komen andere materialen, zoals ABS, polypropyleen (PP) en polyethyleen (PE), vaker voor.

Lees meer over de productie van medische apparatuur →

Deel 2

Er zijn verschillende factoren die de kwaliteit kunnen beïnvloeden van het eindproduct en de herhaalbaarheid van het proces. Om de volledige voordelen van het proces te benutten, moet de ontwerper bepaalde ontwerprichtlijnen volgen.

In dit gedeelte schetsen we veel voorkomende defecten bij spuitgieten en basis- en geavanceerde richtlijnen te volgen bij het ontwerpen van onderdelen, inclusief aanbevelingen om de kosten tot een minimum te beperken.

Veel voorkomende spuitgietfouten

De meeste defecten bij spuitgieten houden verband met de stroming van het gesmolten materiaal of de niet-uniforme koelsnelheid tijdens het stollen.

Hier is een lijst met defecten waarmee u rekening moet houden bij het ontwerpen van een onderdeel voor spuitgieten. In het volgende gedeelte zullen we zien hoe u elk van deze kunt vermijden door goede ontwerppraktijken te volgen.

Kromtrekken

Wanneer bepaalde delen sneller afkoelen (en als gevolg daarvan krimpen) dan andere, kan het onderdeel permanent buigen als gevolg van interne spanningen.

Onderdelen met een niet-constante wanddikte zijn het meest vatbaar voor kromtrekken.

Zinksporen

Wanneer de binnenkant van een onderdeel vóór het oppervlak stolt, kan er een kleine uitsparing in een verder vlak oppervlak verschijnen, een zogenaamde zinkmarkering.

Delen met dikke muren of slecht ontworpen ribben zijn het meest vatbaar voor zinken.

Sleepmarkeringen

Terwijl het plastic krimpt, oefent het druk uit op de mal. Tijdens het uitwerpen zullen de wanden van het onderdeel tegen de mal glijden en schuren, wat kan leiden tot sleepsporen.

Delen met verticale wanden (en zonder tochthoek) zijn het meest gevoelig voor sleepsporen.

Brei lijnen

Wanneer twee stromen elkaar ontmoeten, kunnen er kleine haarachtige verkleuringen ontstaan. Deze gebreide lijnen beïnvloeden de esthetiek van de onderdelen, maar verminderen over het algemeen ook de sterkte van het onderdeel.

Onderdelen met abrupte geometrieveranderingen of gaten zijn gevoeliger voor breilijnen.

Korte shots

Opgesloten lucht in de mal kan de stroming van het materiaal tijdens het injecteren belemmeren, wat resulteert in een onvolledig onderdeel. Een goed ontwerp kan de vloeibaarheid van het gesmolten plastic verbeteren.

Delen met zeer dunne wanden of slecht ontworpen ribben zijn gevoeliger voor korte schoten.

Omgaan met ondersnijdingen

De eenvoudigste mal (de straight-pull mal) bestaat uit 2 helften. Onderdelen met ondersnijdingen (zoals de tanden van een draad of de haak van een klikverbinding) kunnen echter mogelijk niet met een rechtgetrokken mal worden vervaardigd. Dit komt omdat de mal niet CNC-gefreesd kan worden of omdat het materiaal het uitwerpen van het onderdeel in de weg staat.

Ondersnijdingen bij het spuitgieten zijn onderdeelkenmerken die niet met een eenvoudige tweedelige matrijs kunnen worden vervaardigd, omdat er materiaal in de weg zit tijdens het openen van de matrijs of tijdens het uitwerpen.

De tanden van een draad of de haak van een klikverbinding zijn voorbeelden van ondersnijdingen.

Hier volgen enkele ideeën om u te helpen omgaan met ondersnijdingen:

Vermijd ondersnijdingen met behulp van afsluitingen

Het geheel vermijden van ondersnijdingen kan de beste optie zijn . Ondersnijdingen voegen altijd kosten, complexiteit en onderhoudsvereisten toe aan de mal. Een slim herontwerp kan ondersnijdingen vaak elimineren.

Afsluitingen zijn een handige truc om ondersnijdingen aan de binnenkant van het onderdeel (voor kliksluitingen) of aan de zijkanten van het onderdeel (voor gaten of handgrepen) aan te pakken.

Hieronder staan enkele voorbeelden van hoe spuitgegoten onderdelen opnieuw kunnen worden ontworpen om ondersnijdingen te voorkomen:in wezen wordt materiaal verwijderd in het gebied onder de ondersnijding, waardoor het probleem helemaal wordt geëlimineerd.

Verplaats de scheidingslijn

De eenvoudigste manier om met een ondersnijding om te gaan, is door de scheidingslijn van de mal zo te verplaatsen dat hij deze snijdt.

Deze oplossing is geschikt voor veel ontwerpen met ondersnijdingen op een buitenoppervlak. Vergeet niet de tochthoeken dienovereenkomstig aan te passen.

Gebruik een stripondersnijding (bumpoffs)

Strippende ondersnijdingen (ook wel bumpoffs genoemd) kunnen worden gebruikt als het onderdeel flexibel genoeg is om tijdens het uitwerpen over de mal heen te vervormen . Strippende ondersnijdingen worden gebruikt om de schroefdraad in kroonkurken te vervaardigen.

Ondersnijdingen kunnen alleen worden gebruikt onder de volgende voorwaarden:

• De stripondersnijding moet zich uit de buurt van verstijvingselementen bevinden , zoals hoeken en ribben.
• De ondersnijding moet een inloophoek hebben van 30o tot 45o graden.
• Het spuitgietonderdeel moet ruimte hebben en moet flexibel zijn genoeg om uit te zetten en te vervormen.

Het wordt aanbevolen om het strippen van ondersnijdingen in onderdelen van vezelversterkte kunststoffen te vermijden. Meestal flexibele kunststoffen zoals PP, HDPE of Nylon (PA) kunnen ondersnijdingen tot 5% van hun diameter verdragen.

*Voorbeeldonderdeel met stripondersnijdingen. Het onderdeel vervormt als het uit de mal wordt geduwd.*

Glijdende zijacties en kernen

Glijdende zijacties en kernen worden gebruikt wanneer het niet mogelijk is om het spuitgegoten onderdeel opnieuw te ontwerpen om ondersnijdingen te voorkomen.

Kernen met zijwerking zijn inserts die naar binnen glijden als de mal sluit en naar buiten glijden voordat deze opengaat. Houd er rekening mee dat deze mechanismen kosten en complexiteit met zich meebrengen naar de mal.

Volg deze richtlijnen bij het ontwerpen van nevenacties:

• Er moet ruimte zijn voor de kern om in en uit te bewegen . Dit betekent dat het feature zich aan de andere kant van het onderdeel moet bevinden.
• De zijacties moeten loodrecht bewegen . Verplaatsen onder een andere hoek dan 90° is ingewikkelder, waardoor de kosten en doorlooptijden toenemen.
• Vergeet niet om diepgangshoeken toe te voegen zoals gebruikelijk aan uw ontwerp aanpassen, rekening houdend met de beweging van de zijactiekern.

Gemeenschappelijke ontwerpkenmerken

Leer met deze praktische richtlijnen hoe u de meest voorkomende kenmerken van spuitgietonderdelen kunt ontwerpen. Gebruik ze om de functionaliteit van uw ontwerpen te verbeteren, terwijl u nog steeds voldoet aan de basisontwerpregels.

Bevestigingen met schroefdraad (nokken en inzetstukken)

Er zijn 3 manieren om bevestigingsmiddelen aan een spuitgegoten onderdeel toe te voegen:door een schroefdraad direct op het onderdeel te ontwerpen, door een nok toe te voegen waar de schroef kan worden bevestigd, of door een inzetstuk met schroefdraad toe te voegen.

Een thread direct op het onderdeel modelleren is mogelijk, maar niet aanbevolen, omdat de tanden van de draad in wezen ondersnijdingen zijn, waardoor de complexiteit en de kosten van de mal drastisch toenemen (we zullen meer over ondersnijdingen zien in een later gedeelte). Een voorbeeld van een spuitgietonderdeel met schroefdraad zijn flessendoppen.

Bazen

Nokken komen veel voor bij spuitgegoten onderdelen en worden gebruikt als punten voor bevestiging of montage . Ze bestaan uit cilindrische uitsteeksels met gaten die zijn ontworpen voor het opnemen van schroeven, inzetstukken met schroefdraad of andere soorten bevestigings- en montagemateriaal. Een goede manier om aan een baas te denken is als een rib die zichzelf sluit in een cirkel.

Nokken worden gebruikt als bevestigings- of bevestigingspunten (in combinatie met zelftappende s bemanningen of inzetstukken met schroefdraad).

*Aanbevolen ontwerp van een baas*

Wanneer nokken worden gebruikt als __bevestigingspunten__, moet de buitendiameter van de nok 2x de nominale diameter van de schroef of het inzetstuk zijn en de binnendiameter gelijk aan de diameter van de kern van de schroef. Het gat in de nok moet zich uitstrekken tot het niveau van de basismuur, zelfs als niet de volledige diepte nodig is voor de montage, om een ​​__uniforme wanddikte__ over het hele element te behouden. Voeg een afschuining toe om de schroef of het inzetstuk gemakkelijk in te brengen.

__Voor het beste resultaat:__

Vermijd het ontwerpen van bazen die opgaan in de hoofdmuren

Ondersteun bazen met ribben of verbind ze met een hoofdmuur

Gebruik voor nokken met inzetstukken een buitendiameter gelijk aan 2× de nominale maat van de wisselplaat

Draad

Metalen inzetstukken met schroefdraad kan worden toegevoegd aan kunststof spuitgegoten onderdelen om een duurzaam schroefdraadgat te bieden voor bevestigingsmiddelen zoals machineschroeven. Het voordeel van het gebruik van inzetstukken is dat ze veel cycli van montage en demontage mogelijk maken .

Inserts worden in spuitgegoten onderdelen geïnstalleerd door middel van thermische, ultrasone of in-mold insertie. Om een naaf te ontwerpen waarin een inzetstuk met schroefdraad wordt geplaatst, gebruikt u soortgelijke richtlijnen als hierboven, waarbij u de diameter van het inzetstuk als geleidemaat gebruikt.

*Een inzetstuk met schroefdraad geplaatst in een naaf*

__Voor het beste resultaat:__

Vermijd het aanbrengen van schroefdraad rechtstreeks op uw spuitgietonderdeel

Ontwerpnokken met een buitendiameter gelijk aan 2x de nominale diameter van de schroef of het inzetstuk

Voeg een reliëf van 0,8 mm toe aan de randen van de schroefdraad

Gebruik een schroefdraad met een spoed groter dan 0,8 mm (32 draden per inch)

Gebruik een trapezium- of steundraad

De beste manier om met de gemaakte ondersnijdingen om te gaan:

Gebruik een schroefdraad met een spoed groter dan 0,8 mm (32 draden per inch)

Voor externe draden plaatst u deze langs de scheidingslijn

Ribben

Wanneer zelfs de maximaal aanbevolen wanddikte niet voldoende is om aan de functionele eisen van een onderdeel te voldoen, kunnen ribben worden gebruikt om de stijfheid ervan te verbeteren.

Bij het ontwerpen van ribben:

● Gebruik een dikte gelijk aan 0,5 × hoofdwanddikte

● Definieer een hoogte kleiner dan 3 × ribdikte

● Gebruik een basisfilet met een straal groter dan ¼ × ribdikte

● Voeg een tochthoek toe van minimaal 0,25° - 0,5°

● Voeg een min. toe. afstand tussen ribben en wanden van 4 × ribdikte

Snap-fit verbindingen

Klikverbindingen zijn een zeer eenvoudige, economische en snelle manier om twee delen te verbinden zonder bevestigingsmiddelen of gereedschap . A wide range of design possibilities exists for snap-fit joints.

As a rule of thumb, the deflection of a snap-fit joint mainly depends on its length and the permissible force that can be applied on it on its width (since its thickness is more or less defined by the wall thickness of the part). Also, snap-fit joints are another example of undercuts.

*Example of an assembly with snap-fit joints*

In the example above, the most common snap-fit joint design (known as the __cantilever snap-fit joint__) is shown. As with ribs, add a draft angle to your snap-fit joints and use a minimum thickness of 0.5x the wall thickness.

Specific guidelines on designing snap-fit joints is a big subject that goes beyond the scope of this article. For more detailed information, please refer to this article from MIT.

For best results:

Add a draft angle to the vertical walls of your snap-fit joints

Design snap-fits with thickness greater than 0.5x the wall thickness

Adjust their width and length to control their deflection and permissible force

Living hinges

Living hinges are thin sections of plastic that connect 2 segments of a part and allow it to flex and bend . Typically these hinges are incorporated in mass-produced containers, such as plastic bottles. A well-designed living hinge can last for up to a million cycles without failure.

The material used to injection mold a living hinge must be flexible. Polypropylene (PP) and Polyethylene (PE) are good choices for consumer application and Nylon (PA) for engineering uses.

A well-designed hinge is shown below. The recommended minimum thickness  of the hinge ranges between 0.20 and 0.35 mm, with higher thicknesses resulting in more durable, but stiffer, parts.

{{img}}

*Example of a living hinge (left) and recommended design dimensions for PP or PE (right)*

Before going to full-scale production, prototype your living hinges using CNC machining or 3D printing to determine the geometry and stiffness that best fits your application. Add generous fillets and design shoulders with a uniform wall thickness as the main body of the part to improve the material flow in the mold and minimize the stresses. Divide hinges longer than 150 mm in two (or more) to improve lifetime.

For detailed guidelines, please refer to this MIT guide.

For best results :

• Design hinges with a thickness between 0.20 and 0.35 mm

• Select a flexible material (PP, PE or PA) for parts with living hinges

• Use shoulders with a thickness equal the thickness of the main wall

• Add fillets as large as possible

Crush ribs

Crush Ribs are small protruding features that deform to create friction when different components are pushed together, securing their possition.

Crush ribs can be an economical alternative for manufacturing high tolerance holes for tight fits . They are commonly used to house bearings or shafts and other press fit applications.

An example of a part with crush ribs is shown below. Using three crush ribs is recommended to ensure good alignment. The recommended height/radius for each rib is 2 mm . Add a minimum interference of 0.25 mm between the crush rib and the fitted part. Because of the small surface contact with the mold, crush ribs can be designed without a draft angle.

*Example of an crush rib (left) and recommended design dimensions (right)*

__For best results:__

Add a minimum interference of 0.25 mm between crush rib and the component

Do not add a draft angle on the vertical walls of a crush rib

Lettering and symbols

Text is a very common feature that can be useful for logos, labels, warnings, diagrams and instructions, saving the expense of stick-on or painted labels.

When adding text, choose embossed text over engraved text, as it’s easier to CNC machine on the mold and thus more economical.

Also raising the text 0.5 mm above the part surface will ensure that the letters are easy to read. We recommend selecting a bold, rounded font style with uniform line thickness, with a size of 20 points or larger. Some font examples include:Century Gothic Bold, Arial and Verdana.

Use embossed text (0.5 mm height) instead of engraved texted

Use a font with uniform thickness and a minimum font size of 20 points

Align the text perpendicular to the parting line

Use a height (or depth) greater than 0.5 mm

Tolerances

Injection molding typically produces parts with tolerances of ± 0.250 mm (0.010").

Tighter tolerances are feasible in certain circumstances (down to ± 0.125 mm - and even ± 0.025 mm), but they increase the cost drastically.

For small production runs (<10,000 units), consider using a secondary operation (such as drilling) to improve accuracy. This ensures the correct interference of the part with other components or inserts (for example, when using press fits).

Design rules for injection molding

One of the biggest benefits of injection molding is how easily complex geometries can be formed, allowing a single part to serve multiple functions.

Once the mold is manufactured, these complex parts can be reproduced at a very low cost. But changes to the mold design at later stages of development can be very expensive, so achieving the best results on the first time is essentieel. Follow the guidelines below to avoid the most common defects in injection molding.

Use a constant wall thickness

Use a uniform wall thickness throughout the part (if possible) and avoid thick sections . This is essential as non-uniform walls can lead to warping or the part as the melted material cools down.

If sections of different thickness are required, make the transition as smooth as possible using a chamfer or fillet. This way the material will flow more evenly inside the cavity, ensuring that the whole mold will be fully filled.

Industry Application Best material Why it’s a fit Aerospace Airframes, turbines, fasteners Titanium High strength-to-weight ratio, heat and corrosion resistance Medical Implants, surgical tools Titanium / copper Titanium is biocompatible; copper is antimicrobial (used externally only) Electronics Wiring, PCBs, motors Copper Excellent conductivity and ease of forming HVAC Heat exchangers, radiators Copper Superior thermal conductivity Marine Underwater fasteners, piping Titanium Outstanding corrosion resistance Automotive Exhausts, wiring harnesses Titanium / copper Lightweight strength or conductivity needs Construction Plumbing, cladding Copper Durable, corrosion-resistant, aesthetic

For best results:

Use a uniform wall thickness within the recommended values

When different thickness are required, smoothen the transition using a chamfer or fillet with length that is 3x the difference in thickness

Hollow out thick sections

Thick sections can lead to various defects, including warping and sinking. Limiting the maximum thickness of any section of your design to the recommended values by making them hollow is essential.

To improve the strength of hollow section, use ribs to design structures of equal strength and stiffness but reduced wall thickness. A well-designed part with hollow sections is shown below:

*Hollow thick sections and add ribs to improve stiffness*

Ribs can also be used to improve the stiffness of __horizontal sections__ without increasing their thickness. Remember though that the wall thickness limitations still apply. Exceeding the recommended rib thickness (see below) can result in sink marks.

*The wall thickness limitations still apply for ribs*

For best results:

Hollow out thick sections and use ribs to improve the strength and stiffness of the part

Design ribs with max. thickness equal to 0.5x the wall thickness

Design ribs with max. height equal to 3x the wall thickness

Add smooth transitions

Recommended: 3 × wall thickness difference

Sometimes sections with different wall thicknesses cannot be avoided. In these cases, use a chamfer or fillet to make the transition as smooth as possible.

Similarly, the base of vertical features (like ribs, bosses, snap-fits) must also always be rounded.

Round all edges

The uniform wall thickness limitation also applies to edges and corners:the transition must be as smooth as possible to ensure good material flow.

For interior edges , use a radius of at least 0.5 x the wall thickness . For exterior edges , add a radius equal to the interior radius plus the wall thickness . This way you ensure that the thickness of the walls is constant everywhere (even at the corners).

Adding to this, sharp corners result in stress concentrations which can result in weaker parts.

*Add wide radii to all edges to maintain uniform wall thickness and avoid defects*

For best results:

Add a fillet equal to 0.5x the wall thickness to internal corners

Add a fillet equal to 1.5x the wall thickness to external corners

Add draft angles

To make the ejection of the part from the mold easier, a draft angle must be added to all vertical walls. Walls without a draft angle will have drag marks on their surface, due to the high friction with the mold during ejection.

A minimum draft angle of 2° is recommended. Larger draft angles (up to 5o °) should be used on taller features.

Learn more about the importance of draft angles in this article →

A good rule of thumb is to increase the draft angle by one degree for every 25 mm . For example, add a draft angle of 3o degrees to a feature that is 75 mm tall. Larger draft angle should be used if the part has a textured surface finish . As a rule of thumb, add 1o to 2o extra degrees to the results of the above calculations.

Remember that draft angles are also necessary for ribs. Be aware though that adding an angle will reduce the thickness of the top of the rib, so make sure that your design complies with the recommended minimum wall thickness.

*Add a draft angle (minimum 2o)to all vertical walls*

__For best results:__

Add a minimum draft angle of 2o degrees to all vertical walls

For features taller than 50 mm, increase the draft angle by one degree every 25 mm

For parts with textured surface finish, increase the the draft angle by 1-2o extra degrees

Part 3

Injection molding materials

Injection molding is compatible with a wide range of plastics. In this section, you’ll learn more about the key characteristics of the most popular materials. We’ll also discuss the standard surface finishes that can be applied to injection molded parts.

Materials used for injection molding

All thermoplastics can be injection molded. Some thermosets and liquid silicones are also compatible with the injection molding process.

They can be also reinforced with fibers, rubber particles, minerals or flame retardant agents to modify their physical properties. For example fiberglass can be mixed with the pellets at ratios of 10%, 15% or 30% resulting in parts with higher stiffness.

Polypropylene (PP)

The most common Injection molding plastic. Excellent chemical resistance. Food-safe grades available. Not suitable for mechanical applications.

ABS

Common thermoplastic with high impact resistance, low-cost &low density. Vulnerable to solvents.

Polyethylene (PE)

Lightweight thermoplastic with good impact strength &weather resistance. Suitable for outdoor applications.

Polystyrene (PS)

The Injection molding plastic with the lowest cost. Food-safe grades available. Not suitable for mechanical applications.

Polyurethane (PU)

Thermoplastic with high impact strength and good mechanical properties &hardness. Suitable for molding parts with thick walls.

Nylon (PA 6)

Engineering thermoplastic with excellent mechanical properties and high chemical &abrasion resistance. Susceptible to moisture.

Polycarbonate (PC)

The plastic with the highest impact strength. High thermal resistance, weather resistance &toughness. Can be colored or transparent.

PC/ABS

Blend of two thermoplastics resulting in high impact strength, excellent thermal stability, and high stiffness. Vulnerable to solvents.

POM (Acetal/Delrin)

Engineering thermoplastic with high strength, stiffness &moisture resistance and self-lubricating properties. Relatively prone to warping.

PEEK

High-performance engineering thermoplastic with excellent strength and thermal &chemical resistance. Used to replace metal parts.

Silicone rubber

Thermoset with excellent heat &chemical resistance and customizable shore hardness. Food-safe and medical grade available.

An additive that is commonly used to improve the stiffness of the injection molded parts is fiberglass. The glass fibers can be mixed with the pellets at ratios of 10%, 15% or 30%, resulting in different mechanical properties.

Colorant can be added to the mixture (at a ratio of about 3%) to create a great variety of colored parts. Standard colors include red, green, yellow, blue, black and white and they can be mixed to create different shades.

Surface finishes and SPI standards

Surface finishes can be used to give an injection molded part a certain look or feel. Besides cosmetic purposes surface finishes can also serve technical needs . For example, the average surface roughness (Ra) can dramatically influence the lifetime of sliding parts such as plain bearings.

Injection molded parts are not usually post-processed, but the mold itself can be finished to various degrees.

Keep in mind that rough surfaces increase the friction between the part and the mold during ejection, therefore a larger draft angle is required.

The Society of Plastics Industry (SPI) explains several standard finishing procedures that result in different part surface finishes.

Finish Description SPI standards* Applications Glossy finish The mold is first smoothed and then polished with a diamond buff, resulting in a mirror-like finish. A-1
A-2
A-3 Suitable for parts that require the smoothest surface finish for cosmetic or functional purposes (Ra less than 0.10 μm). The A-1 finish is suitable for parts with mirror-like finish and lenses. Semi-gloss finish The mold is smoothed with fine grit sandpaper, resulting in a fine surface finish. B-1
B-2
B-3 Suitable for parts that require a good visual appearance , but not a high glossy look. Matte finish The mold is smoothed using fine stone powder, removing all machining marks. C-1
C-2
C-3 Suitable for parts with low visual appearance requirements , but machining marks are not acceptable. Textured finish The mold is first smoothed with fine stone powder and then sandblasted, resulting in a textured surface. D-1
D-2
D-3 Suitable for parts that require a satin or dull textured surface finish. As-machined finish The mold is finished to the machinist's discretion. Tool marks will be visible. - Suitable for non-cosmetic parts , such industrial or hidden components.

When selecting a glossy surface finish, remember these useful tips:

• A high glossy mold finish is not equivalent to a high glossy finished product. It is significantly subject to other factors such as plastic resin used, molding condition and mold design. For example, ABS will produce parts with a higher glossy surface finish than PP. To find the recommended material and surface finish combination visit the appendix.
• Finer surface finishes require a higher grade material for the mold. To achieve a very fine polish, tool steels with the highest hardness are required. This has an impact on the overall cost (material cost, machining time and post-processing time).

Part 4

Cost reduction tips

Learn more about the main cost drivers in injection molding and actionable design tips that will help you reduce the costs of your project.

Cost drivers in injection molding

The biggest costs in injection molding are:

• Tooling costs determined by the total cost of designing and machining the mold
• Material costs determined by the volume of the material used and its price per kilogram
• Production costs determined by the total time the Injection molding machine is used

Tooling costs are constant (starting at $3,000 and up to $5,000). This cost is independent of the total number of manufactured parts, while the material and production costs are dependent on the production volume.

For smaller productions (1,000 to 10,000 units), the cost of tooling has the greatest impact on the overall cost (approximately 50-70%). So, it’s worthwhile altering your design accordingly to simplify the process of manufacturing of the mold (and its cost).

For larger volumes to full-scale production (10,000 to 100,000+ units), the contribution of the tooling costs to the overall cost is overshadowed by the material and production costs. So, your main design efforts should focus on minimizing both the volume part and the time of the molding cycle.

Here we collected some tips to help you minimize the cost of your Injection molded project.

Tip #1:Stick to the straight-pull mold

Side-action cores and the other in-mold mechanisms can increase the cost of tooling by 15% to 30%. This translates to a minimum additional cost for tooling of approximately $1,000 to $1,500.

In a previous section, we examined ways to deal with undercuts. To keep your production on-budget, avoid using side-action cores and other mechanisms unless absolutely necessary.

Tip #2:Redesign the injection molded part to avoid undercuts

Undercuts always add cost and complexity, as well as maintenance to the mold. A clever redesign can often eliminate undercuts.

Tip #3:Make the injection molded part smaller

Smaller parts can be molded faster resulting in a higher production output, making the cost per part lower. Smaller parts also result in lower material costs and reduce the price of the mold.

Tip #4:Fit multiple parts in one mold

As we saw in a previous section, fitting multiple parts in the same mold is common practice. Usually, 6 to 8 small identical parts can fit in the same mold, essentially reducing the total production time by about 80%.

Parts with different geometries can also fit in the same mold (remember, the model airplane example). This is a great solution for reducing the overall cost of assembly.

Here’s an advanced technique:

In some cases, the main body of 2 parts of an assembly is the same. With some creative design, you can create interlocks points or hinges at symmetrical locations, essentially mirroring the part. This way the same mold can be used to manufacture both halves, cutting the tooling costs in half.

Tip #5:Avoid small details

To manufacture a mold with small details require longer machining and finishing times. Text is an example of this and might even require specialized machining techniques such as electrical discharge machining (EDM) resulting in higher costs.

Tip #6:Use lower grade finishes

Finishes are usually applied to the mold by hand, which can be an expensive process, especially for high-grade finishes. If your part is not for cosmetic use, don’t apply a costly high-grade finish.

Tip #7:Minimize the part volume by reducing wall thickness

Reducing the wall thickness of your part is the best way to minimize the part volume. Not only does it mean less material is used, but also the injection molding cycle is greatly accelerated.

For example, reducing the wall thickness from 3 mm to 2 mm can reduce the cycle time by 50% to 75%.

Thinner walls mean that the mold can be filled quicker. More importantly, parts thinner parts cool and solidify much faster. Remember that about half the injection molding cycle is spent on the solidification of the part while the machine is kept idle.

Care must be taken through to not overly reduce the stiffness of the part which would downgrade its mechanical performance. Ribs in key locations can be used to increase stiffness.

Tip #8:Consider secondary operations

For lower volume productions (less than 1000 parts), it may be more cost effective to use a secondary operation to complete your injection molded parts. For example, you could drill a hole after molding rather than using an expensive mold with side-action cores.

Part 5

Start Injection molding

Once your design ready and optimized for injection molding, what’s next? In this section we’ll take you through the steps needed to start manufacturing with injection molding.

Step 1:Start small and prototype fast

Before you commit to any expensive injection molding tooling, first create and test a functional prototype of your design.

This step is essential for launching a successful product. This way design errors can be identified early, while the cost of change is still low.

There are 3 solutions for prototyping:

1. 3D printing (with SLS, SLA or Material Jetting)
2. CNC machining in plastic
3. Low-run injection molding with 3D printed moldsThese processes can create realistic prototypes for form and function that closely resemble the appearance of the final injection molding product.

Use the information below as a quick comparis on guide to decide which solution is best for your application.

Prototyping with 3D printing

Designs optimized for injection molding can be easily 3D printed

The prototyping solution with the lowest cost and fastest turnaround

Not every injection molding material is available for 3D printing

3D printed parts are 30-50% weaker than injection molded parts

Prototyping with CNC machining

Material properties identical to the injection molded parts

Excellent accuracy and finishing

Design modifications may be need, as different design restrictions apply

More expensive than 3D printing with longer lead time

Prototyping with low-run injection molding

The most realistic prototypes with accurate material properties

The actual process and mold design is simulated

The prototyping solution with the highest cost

Smaller availability than CNC or 3D printing

Step 2 :Make a “pilot run” (500 - 10,000 parts)

With the design finalized, it time to get started with Injection molding with a small pilot run.

The minimum order volume for injection molding is 500 units. For these quantities, the molds are usually CNC machined from aluminum. Aluminum molds are relatively easy to manufacture and low in cost (starting at about $3,000 to $5,000) but can withstand up to 5,000 - 10,000 injection cycles.

At this stage, the typical cost per part varies between $1 and $5, depending on the geometry of your design and the selected material. The typical lead time for such orders is 6-8 weeks.

Don’t get confused by the term “pilot run”. If you only require a few thousand parts, then this would be your final production step.

The parts manufactured with “pilot” aluminum molds have physical properties and accuracy identical to parts manufactured with “full-scale production” tool steel molds.

Step 3 :Scale up production (100,000+ parts)

When producing parts massive quantities of identical parts (from 10,000 to 100,000+ units) then special Injection molding tooling is required.

For these volumes, the molds are CNC machined from tool steel and can withstand millions of Injection molding cycles. They are also equipped with advanced features to maximize production speeds, such as hot-tip gates and intricate cooling channels.

The typical unit cost at this stage varies between a few cents to $1 and the typical lead time is 4 to 6 months, due to the complexity of designing and manufacturing the mold.

Part 6

Useful resources

In this guide we touched on everything you need to get started with injection molding - but there’s plenty more to learn.

Here are the most useful resources on injection molding and other digital manufacturing technologies if you want to delve deeper.

Other guides

Want to learn more about digital manufacturing? There are more technologies to explore: