Injectegieten Meesteren: Fundamenten, Toepassingen en Ontwerptips

DEEL DIT ARTIKEL

In deze gids vindt u alles wat u moet weten over injectegieten. Meester de basisprincipes van de technologie en leer actieve ontwerptips die u tijd besparen en kosten zullen verlagen.

Deel 1

De basisprincipes van injectegieten

Wat is injectegieten? Hoe werkt het en waarvoor wordt het gebruikt? In deze sectie beantwoorden we deze vragen en tonen we veelvoorkomende voorbeelden van injectegoten onderdelen om u te helpen uzelf vertrouwd te maken met de basismechanica en toepassingen van de technologie.

Wat is injectegieten?

Injectegieten is een productietechnologie voor de massaproductie van identieke kunststofonderdelen met goede toleranties. Bij injectegieten worden polymere granula eerst gesmolten en vervolgens onder druk in een vorm geïnjecteerd, waar het vloeibare plastic afkoelt en solidificeert. De materialen die in injectegieten worden gebruikt, zijn thermoplastische polymeren die gekleurd of gevuld kunnen worden met andere additieven.

Bijna ieder kunststofonderdeel om u heen is geproduceerd met injectegieten: van auto-onderdelen, tot elektronische behuizingen, en keukenapparaten.

Injectegieten is zo populair, vanwege de dramatisch lage kosten per eenheid bij het produceren van hoge volumes. Injectegieten biedt hoge herhaalbaarheid en goede ontwerpvrijheid. De hoofdbeperkingen van injectegieten liggen doorgaans in de economie, aangezien een hoge initiële investering voor de vorm vereist is. Ook is de doorlooptijd van ontwerp tot productie lang (minimaal 4 weken).

Het injectegietproces

Injectegieten wordt vandaag de dag breed gebruikt voor zowel consumentenproducten als engineering-toepassingen. Bijna elk plastic item om u heen is geproduceerd met injectegieten. Dit komt doordat de technologie identieke onderdelen kan produceren bij zeer hoge volumes (doorgaans 1.000 tot 100.000+ eenheden) tegen zeer lage kosten per onderdeel (doorgaans $1-5 per eenheid).

Maar vergeleken met andere technologieën, zijn de startkosten van injectegieten relatief hoog, voornamelijk omdat custom tooling nodig is. Een vorm kan tussen $3.000 en $100.000+ kosten, afhankelijk van de complexiteit, materiaal (aluminium of staal) en nauwkeurigheid (prototype, pilot-run of full-scale productievorm).

Alle thermoplastische materialen kunnen geïnjecteerd worden. Sommige typen silicone en andere thermohardende harsen zijn ook compatibel met het injectegietproces. De meest gebruikte materialen in injectegieten zijn:

• Polypropyleen (PP): ~38% van wereldproductie
• ABS: ~27% van wereldproductie
• Polyetheen (PE): ~15% van wereldproductie
• Polystyreen (PS): ~8% van wereldproductie

Zelfs als we alle andere mogelijke productietechnologieën in aanmerking nemen, staat injectegieten met alleen deze vier materialen al voor meer dan 40% van alle kunststofonderdelen die wereldwijd elk jaar geproduceerd worden!

Korte geschiedenis van injectegieten

Kunststoffen vervangen ivoor

In 1869 ontwierp John Wesley Hyatt celuloïd, de eerste praktische kunstmatige plastic bedoeld om ivoor te vervangen voor de productie van... biljartballen! Vroegere injectegietmachines gebruikten een loop om het plastic op te warmen en een stempel om het in de vorm te injecteren.

Een revolutionaire uitvinding

In de jaren '50革命eerde de uitvinding van de wederkerige schroef de kunststofindustrie alleenhandig. De wederkerige schroef loste sleutelproblemen op met onevenmatige verwarming van het plastic waar eerdere systemen mee te maken hadden, en opende nieuwe horizonten voor de massaproductie van kunststofonderdelen.

Injectegieten vandaag

Vandaag is injectegieten een $300 miljard markt. Jaarlijks worden 5+ miljoen metriek ton kunststofonderdelen wereldwijd geproduceerd met injectegieten. Recentelijk neemt de vraag naar biologisch afbreekbare materialen toe om milieureddenen.

Injectegietmachines: hoe werken ze?

Een injectegietmachine bestaat uit 3 hoofdonderdelen: de injectie-eenheid, de vorm - het hart van het hele proces - en de spannings/uitwerpeenheid.

In deze sectie onderzoeken we het doel van elk van deze systemen en hun basale werkingmechanica die het eindresultaat van het injectegietproces beïnvloeden.

Bekijk een grote injectegietmachine in actie terwijl hij 72 flesdopjes elke 3 seconden produceert in de video hier:

De injectie-eenheid

Het doel van de injectie-eenheid is het raw plastic te smelten en in de vorm te leiden. Het bestaat uit de hopper, de loop, en de wederkerige schroef.

Zo werkt het injectegietproces:

1. De polymere granula worden eerst gedroogd en in de hopper geplaatst, waar ze worden gemengd met het kleurpigment of de andere versterkende additieven.
2. De granula worden in de loop gevoerd, waar ze gelijktijdig worden verhit, gemengd en naar de vorm getransporteerd door een variabele pitch schroef. De geometrie van de schroef en de loop zijn geoptimaliseerd om de druk op het juiste niveau op te bouwen en het materiaal te smelten.
3. De stamp beweegt dan vooruit en het gesmolten plastic wordt door het runner-systeem in de vorm geïnjecteerd, waar het de hele cativiteit vult. Naarmate het materiaal afkoelt, her-solidificeert het en neemt de vorm van de vorm aan.
4. Ten slotte opent de vorm en het nu vaste onderdeel wordt door de uitwerppennen uitgeworpen. De vorm sluit dan en het proces herhaalt zich. Het hele proces kan zeer snel herhaald worden: de cyclus duurt ongeveer 30 tot 90 seconden afhankelijk van de grootte van het onderdeel. Na het uitwerpen wordt het onderdeel op een transportband of in een opslagcontainer uitgegeven. Doorgaans zijn injectegoten onderdelen direct klaar voor gebruik en vereisen weinig tot geen post-processing.

De vorm produceren

De vorm is als het negatief van een foto: de geometrie en oppervlaktetekstuur worden direct overgedragen op het injectegoten onderdeel. Zij maakt doorgaans het grootste deel uit van de startkosten in injectegieten: de kosten van een typische vorm 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 geoptimaliseerde vormen voor full-scale productieorders (100.000 eenheden of meer). Dit komt door het hoge niveau van expertise dat vereist is om een hoogwaardige vorm te ontwerpen en te produceren die nauwkeurig duizenden (of honderdduizenden) onderdelen kan produceren.

Vormen worden doorgaans CNC-gefreest uit aluminium of toolstaal en vervolgens afgewerkt tot de vereiste standaard. Behalve het negatief van het onderdeel, hebben ze ook andere kenmerken, zoals het runner-systeem dat de stroom van het materiaal in de vorm vergemakkelijkt, en interne waterkoelkanalen die het afkoelen van het onderdeel helpen en versnellen.

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

*Een industriële vormontwerp voor het produceren van tienduizenden kunststofonderdelen. De cativiteit is links weergegeven en de kern rechts.*

De anatomie van de vorm

De eenvormigste vorm is de straight-pull vorm. Deze bestaat uit 2 helften: de cativiteit (de voorzijde) en de kern (de achterzijde).

In de meeste gevallen worden straight-pull vormen geprefereerd, omdat ze eenvoudig te ontwerpen en te produceren zijn, wat de totale kosten relatief laag houdt. Er zijn wel ontwerprestricties: het onderdeel moet een 2D-geometrie aan elke zijde hebben en geen overhangs (d.w.z. gebieden die niet van onderen ondersteund worden).

Als complexere geometrieën vereist zijn, dan zijn ingetrokken zij-actie kernen of andere inserts vereist.

Zij-actie kernen zijn bewegende elementen die de vorm van boven of onder binnengaan en gebruikt worden om onderdelen met overhangs te produceren (bijvoorbeeld een cativiteit of een gat). Zij-acties moeten spaarzaam gebruikt worden, aangezien de kosten snel stijgen.

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

De 2 zijden van de vorm: A-zijde & B-zijde

Injectegoten onderdelen hebben twee zijden: de A-zijde, die de cativiteit aanspreekt (voorhelft van de vorm) en de B-zijde, die de kern aanspreekt (achterhelft van de vorm). Deze twee zijden dienen doorgaans verschillende doeleinden:

• De A-zijde heeft doorgaans een betere visuele uitstraling en wordt vaak de cosmetische zijde genoemd. De vlakken aan de A-zijde zullen glad zijn of een textuur hebben volgens uw ontwerpspecificaties.

• De B-zijde bevat doorgaans de verborgen (maar zeer belangrijke) structurele elementen van het onderdeel (de bosses, ribben, klikpassingen, enz.). Hiervoor wordt het de functionele zijde genoemd. De B-zijde zal vaak een grovere afwerking hebben en zichtbare littekens van de uitwerppennen tonen.

Materiaal injecteren in de vorm: Het runner-systeem

Het runner-systeem is het kanaal dat het gesmolten plastic in de cativiteit van de vorm leidt. Het controleert de stroom en druk waarmee het vloeibare plastic in de cativiteit wordt geïnjecteerd en wordt na uitwerping verwijderd (het knapt af). Het runner-systeem bestaat doorgaans uit 3 hoofdafdelingen:

• De sprue is het hoofdkanaal waarin alle gesmolten plastic initieel doorstroomt bij het binnengaan van de vorm.
• De runner spreidt het gesmolten plastic langs het vlak waar de twee helften van de vorm samenkomen en verbindt de sprue met de gates. Er kunnen een of meerdere runners zijn, die het materiaal naar één of meerdere onderdelen leiden. Het runner-systeem wordt na uitwerping van het onderdeel afgeknipt. Dit is het enige materiaalverspilling in injectegieten, waarvan 15-30% gerecycld en hergebruikt kan worden.
• De gate is het toegangspunt van het materiaal in de cativiteit van de vorm. De geometrie en locatie is belangrijk, omdat het de stroom van het plastic bepaalt.

Verschillende gate-types zijn geschikt voor verschillende toepassingen. Er zijn 4 typen gates die in injectegieten worden gebruikt:

• Randgates injecteren materiaal aan de scheidingslijn van de twee vormhelften en zijn het meest voorkomende gate-type. Het runner-systeem moet later handmatig worden verwijderd, wat een kleine imperfectie aan het injectiepunt achterlaat.
• Tunnelgates injecteren materiaal onder de scheidingslijn. Het runner-systeem knapt af wanneer het onderdeel uit de vorm wordt uitgeworpen, wat de noodzaak voor handmatige verwijdering elimineert. Dit maakt dit gate-type ideaal voor zeer grote volumes.
• Postgates injecteren het materiaal van de achterkant van de cativiteit, wat de kleine imperfectie verbergt die ontstaat bij het afbreken van de andere gate-types. Deze gates worden gebruikt voor onderdelen die een uitstekende visuele uitstraling vereisen.
• Hot tips zijn direct verbonden met de sprue en injecteren plastic vanaf de bovenzijde van het onderdeel. Er wordt geen materiaal verspild aan het runner-systeem, wat ze ideaal maakt voor grootschalige productie, maar er zal een dimpel zichtbaar zijn aan het injectiepunt.

De vestige

Op het punt waar het runner-systeem verbond met het onderdeel, is een kleine imperfectie doorgaans zichtbaar, de vestige genoemd. Als de aanwezigheid van de vestige niet gewenst is voor esthetische doeleinden, kan deze ook "verstopt" worden in de functionele B-zijde van het onderdeel.

Het spannings- en uitworp-systeem

Aan de verre kant van een injectegietmachine zit het spanningsysteem. Het spanningsysteem heeft een dubbel doel: het houdt de 2 delen van de vorm dicht gesloten tijdens injectie en duwt het onderdeel na opening uit de vorm.

Na uitwerping valt het onderdeel op een transportband of een emmer voor opslag en de cyclus begint opnieuw.

Uitlijning van de verschillende bewegende delen van de vorm is nooit perfect. Dit veroorzaakt de creatie van 2 veelvoorkomende imperfecties die zichtbaar zijn op bijna elk injectegoten onderdeel:

• Scheidingslijnen die zichtbaar zijn aan de zijde van een onderdeel waar de 2 helften van de vorm samenkomen. Ze worden veroorzaakt door kleine uitlegingen en de licht afgeronde randen van de vorm.

• Uitwerplitskens (of getuigenislittekens) die zichtbaar zijn op de verborgen B-zijde van het onderdeel. Ze ontstaan omdat de uitwerppennen licht boven het oppervlak van de vorm uitsteken of ingedrukt zijn.

De onderstaande afbeelding toont de vorm die gebruikt wordt om beide zijden van de behuizing voor een afstandsbediening te produceren. Snelle quiz: probeer de *kern* (A-zijde), de *cativiteit* (B-zijde), het runner-systeem, de uitwerppennen, de zij-actie kern en de luchtontluchtingen op deze vorm te lokaliseren.

Voordelen en beperkingen van injectegieten

Injectegieten is een gevestigde productietechnologie met een lange geschiedenis, maar wordt constant verfijnd en verbeterd met nieuwe technologische vooruitgang.

Hieronder een snel overzicht van de belangrijkste voor- en nadelen van injectegieten om u te helpen begrijpen of het de juiste oplossing is voor uw toepassing.

Voordelen van injectegieten

Hoogvolume productie van kunststoffen

Injectegieten is de meest kostenconcurrentieve technologie voor het produceren van hoge volumes identieke kunststofonderdelen. Eenmaal de vorm gecreëerd en de machine ingesteld, kunnen extra onderdelen zeer snel en tegen zeer lage kosten worden geproduceerd.

Het aanbevolen minimum productievolume voor injectegieten is 500 eenheden. Op dit moment beginnen schaalvoordelen in te zetten en de relatief hoge initiële toolingkosten hebben een minder prominente invloed op de eenheidsprijs.

Breed scala aan materialen

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

Onderdelen geproduceerd met injectegieten hebben zeer goede fysieke eigenschappen. Hun eigenschappen kunnen afgestemd worden door additieven te gebruiken (bijvoorbeeld glasvezel) of door verschillende pellets samen te mengen (bijvoorbeeld PC/ABS blends) om het gewenste niveau van sterkte, stijfheid of impactweerstand te bereiken.

Zeer hoge productiviteit

De typische injectegietcyclus duurt 15 tot 60 seconden, afhankelijk van de grootte van het onderdeel en de complexiteit van de vorm. In vergelijking, CNC-bewerking of 3D-printen kan minuten tot uren vereisen om dezelfde geometrie te produceren. Ook kan een enkele vorm meerdere onderdelen accommoderen, wat de productiemogelijkheden van dit productieproces verder verhoogt.

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

Geweldige herhaalbaarheid en toleranties

Het injectegietproces is hoog herhaalbaar en de geproduceerde onderdelen zijn essentieel identiek. Natuurlijk treedt slijtage op aan de vorm over tijd, maar een typische pilot-run aluminium vorm zal 5.000 tot 10.000 cycli volhouden, terwijl full-scale productievormen van toolstaal 100.000+ cycli kunnen doorstaan.

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

Uitstekende visuele uitstraling

Een kernsterkte van injectegieten is dat het afgeronde producten kan produceren die weinig tot geen extra afwerking nodig hebben. De oppervlakken van de vorm kunnen tot een zeer hoge graaf gepolijst worden om spiegel-achtige onderdelen te creëren. Of ze kunnen korrelgestraald worden om getekstureerde oppervlakken te creëren. De SPI-standaarden dicteren het afwerkingsniveau dat bereikt kan worden.

Krijg de afwerkings/materiaalkompatibiliteitsaanbevelingen →

Beperkingen van injectegieten

Hoge startkosten voor tooling

De hoofdbeperking van injectegieten is de hoge kosten van tooling. Aangezien een custom vorm voor elke geometrie gemaakt moet worden, zijn de startkosten zeer hoog. Deze zijn voornamelijk gerelateerd aan het ontwerpen en produceren van de vorm, wat doorgaans tussen $5.000 en $100.000 kost. Om deze reden is injectegieten alleen economisch haalbaar voor producties groter dan 500 eenheden.

Ontwerpwijzigingen zijn duur

Nadat een vorm geproduceerd is, is het zeer duur om te wijzigen. Ontwerpwijzigingen vereisen meestal de creatie van een volledig nieuwe vorm. Om deze reden is het correct ontwerpen van een onderdeel voor injectegieten zeer belangrijk.

In Deel 2 noemen we de belangrijkste ontwerpoverwegingen om rekening mee te houden tijdens het ontwerpen voor injectegieten. In Deel 5 zullen we ook zien hoe u het risico kunt verlagen door fysieke prototypes van uw onderdelen te maken.

Langere levertijden dan andere technologieën

De typische doorlooptijd voor injectegieten varieert tussen 6-10 weken. 4-6 weken om de vorm te produceren, plus 2-4 weken extra voor productie en verzending. Als ontwerpwijzigingen vereist zijn (wat redelijk veel voorkomt), neemt de doorlooptijd dienovereenkomstig toe.

In vergelijking, onderdelen gemaakt in een desktop 3D-printer kunnen overnachts klaar zijn voor levering, terwijl industriële 3D-printsystemen een typische levertijd van 3-5 dagen hebben. CNC-gebeurde onderdelen worden doorgaans binnen 10 dagen geleverd of zo snel als 5 dagen.

Voorbeelden van producten gemaakt met injectegieten

Als u nu om u heen kijkt, ziet u minstens een paar producten die met injectegieten geproduceerd zijn. U kijkt waarschijnlijk nu naar er eentje: de behuizing van het apparaat dat u gebruikt om deze gids te lezen.

Om ze te herkennen, let op deze 3 dingen: een scheidingslijn, getuigenislittekens op de verborgen zijde en een relatief uniforme wanddikte door het hele onderdeel.

We hebben enkele voorbeelden van producten die veelvuldig met injectegieten geproduceerd worden verzameld om een beter begrip te krijgen van wat met dit productieproces bereikt kan worden.

Speelgoed
Verpakking
Miniaturen
Auto
Elektrisch
Gezondheidszorg

Lego stenen

Lego stenen zijn een van de meest herkenbare voorbeelden van injectegoten onderdelen. Ze worden geproduceerd met vormen, zoals die op de foto, die 120 miljoen lego stenen produceerden (dat is 15 miljoen cycli) voordat ze buiten gebruik gesteld werden. Het materiaal dat voor Lego stenen gebruikt wordt is ABS vanwege de hoge impactweerstand en uitstekende gietbaarheid. Elke enkele steen is tot perfection ontworpen, met toleranties tot 10 micrometer (of een tiende van een menselijk haar). Dit wordt deels bereikt door het gebruik van de beste ontwerppraktijken, die we in de volgende sectie zullen onderzoeken (uniforme wanddikte, trekkhoeken, ribben, gereleefde tekst, etc.).

Een gepensioneerde Lego steen vorm

Flesdopjes

Veel plastic verpakkingsproducten worden injectegoten. Verpakking is in feite de grootste markt voor injectegieten. Bijvoorbeeld, flesdopjes worden geïnjecteerd uit Polypropyleen. Polypropyleen (PP) heeft uitstekende chemische weerstand en is geschikt om in contact te komen met voedingsproducten. Op flesdopjes kunt u ook alle onvermijdelijke injectegietimperfecties zien (scheidingslijn, uitwerplitskens, etc.) en veelvoorkomende ontwerpkenmerken (ribben, strippende undercuts, etc.).

Modelvliegtuigen

Modelvliegtuigen zijn een ander veelvoorkomend voorbeeld van injectegoten onderdelen. Het hier gebruikte materiaal is meestal Polystyreen (PS), vanwege de lage kosten en gemakkelijke gietbaarheid. Wat interessant is met modelvliegtuigsets is dat ze met het runner-systeem nog bevestigd komen. Dus u kunt het pad zien dat het gesmolten plastic volgde om de lege vorm te vullen.

Auto-onderdelen

Bijna elk plastic component in het interieur van een auto was injectegoten. De 3 meest gebruikte injectegietmaterialen in de auto-industrie zijn Polypropyleen (PP) voor niet-kritieke onderdelen, PVC voor de goede weerstand tegen weersinvloeden en ABS voor de hoge impactsterkte. Meer dan de helft van de kunststofonderdelen van een auto zijn gemaakt van één van deze materialen, inclusief de bumpers, de interieur carrosserieonderdelen en de dashboards.

Consumentenelektronica

De behuizingen van bijna elk massaprogeproduceerd consumentenelektronisch apparaat was injectegoten. ABS en polystyreen (PS) worden hier geprefereerd voor hun uitstekende impactweerstand en goede elektrische isolatie.

Medische apparaten

Veel steriliserenbare en biocompatibele materialen zijn beschikbaar voor injectegieten. Medische graad silicone is een van de populairste materialen in de medische industrie. Silicone is een thermohardende stof, dus speciale machines en procescontrole zijn vereist, wat de kosten verhoogt. Voor toepassingen met minder strikte eisen zijn andere materialen, zoals ABS, polypropyleen (PP) en polyetheen (PE), meer gangbaar.

Lees meer over medische apparaatproductie →

Deel 2

Er zijn verschillende factoren die de kwaliteit van het eindproduct en de herhaalbaarheid van het proces kunnen beïnvloeden. Om de volledige voordelen van het proces te benutten, moet de ontwerper bepaalde ontwerprichtlijnen volgen. In deze sectie schetsen we veelvoorkomende defecten van injectegieten en basis- en geavanceerde richtlijnen die gevolgd moeten worden bij het ontwerpen van onderdelen, inclusief aanbevelingen om de kosten tot een minimum te houden.

Veelvoorkomende injectegietdefecten

De meeste defecten in injectegieten zijn gerelateerd aan de stroom van het gesmolten materiaal of de niet-uniforme afkoelsnelheid tijdens solidificatie.

Hier is een lijst met defecten om rekening mee te houden tijdens het ontwerpen van een onderdeel voor injectegieten. In de volgende sectie zullen we zien hoe u elk van hen kunt voorkomen door goede ontwerppraktijken te volgen.

Vervorming (Warping)

Wanneer bepaalde secties sneller afkoelen (en daardoor krimpen) dan andere, kan het onderdeel permanent buigen door interne spanningen. Onderdelen met niet-constante wanddikte zijn het meest vatbaar voor vervorming.

Inzakken (Sink marks)

Wanneer het interieur van een onderdeel solidificeert voordat het oppervlak, kan een kleine inzakking in een anders vlak oppervlak verschijnen, een zogenaamde sink mark. Onderdelen met dikke wanden of slecht ontworpen ribben zijn het meest vatbaar voor inzakken.

Sleeplitskens (Drag marks)

Naarmate het plastic krimpt, oefent het druk uit op de vorm. Tijdens uitwerping zullen de wanden van het onderdeel glijden en schrapen tegen de vorm, wat kan resulteren in sleeplitskens. Onderdelen met verticale wanden (en geen trekking) zijn het meest vatbaar voor sleeplitskens.

Knit lijnen (Knit lines)

Wanneer 2 stromen samenkomen, kunnen kleine haarachtige verkleuringen ontstaan. Deze knit lijnen beïnvloeden de esthetiek van het onderdeel, maar verminderen ook doorgaans de sterkte van het onderdeel. Onderdelen met abrupte geometriewijzigingen of gaten zijn vatbaarder voor knit lijnen.

Korte schotten (Short shots)

Ingeperkte lucht in de vorm kan de stroom van het materiaal tijdens injectie remmen, wat resulteert in een onvolledig onderdeel. Goed ontwerp kan de vloeibaarheid van het gesmolten plastic verbeteren. Onderdelen met zeer dunne wanden of slecht ontworpen ribben zijn vatbaarder voor korte schotten.

Omgaan met undercuts

De eenvoudigste vorm (de straight-pull vorm) bestaat uit 2 helften. Kenmerken met undercuts (zoals de tanden van een draad of de haak van een klikpas) zijn mogelijk niet te produceren met een straight-pull vorm. Dit is ofwel omdat de vorm niet CNC-gefreest kan worden ofwel omdat het materiaal in de weg zit tijdens het openen van de vorm of tijdens uitwerping.

Undercuts in injectegieten zijn onderdeelkenmerken die niet geproduceerd kunnen worden met een eenvoudige tweedelige vorm, omdat materiaal in de weg zit terwijl de vorm opent of tijdens uitwerping. De tanden van een draad of de haak van een klikpas zijn voorbeelden van undercuts.

Hier zijn enkele ideeën om u te helpen omgaan met undercuts:

Undercuts vermijden met shutoffs

Undercuts volledig te vermijden is wellicht de beste optie. Undercuts voegen altijd kosten, complexiteit en onderhoudsvereisten aan de vorm toe. Een slim herontwerp kan undercuts vaak elimineren. Shut-offs zijn een handige truc om ondercuts in interne gebieden van het onderdeel (voor klikpassingen) of aan de zijkanten van het onderdeel (voor gaten of handvatten) te behandelen.

Hieronder volgen enkele voorbeelden van hoe injectegoten onderdelen herontworpen kunnen worden om undercuts te vermijden: in essentie wordt materiaal verwijderd in het gebied onder de undercut, wat het probleem volledig elimineert.

De scheidingslijn verplaatsen

De eenvoudigste manier om met een undercut om te gaan is de scheidingslijn van de vorm te verplaatsen zodat deze het onderdeelkenmerk snijdt. Deze oplossing is geschikt voor veel ontwerpen met undercuts op een extern oppervlak. Vergeet niet de trekkhoeken dienovereenkomstig aan te passen.

Een strippende undercut gebruiken (bumpoffs)

Strippende undercuts (ook bekend als bumpoffs) kunnen gebruikt worden wanneer het kenmerk flexibel genoeg is om te vervormen over de vorm tijdens uitwerping. Strippende undercuts worden gebruikt om de draden in flesdopjes te produceren. Undercuts kunnen alleen onder de volgende voorwaarden worden gebruikt:

• De strippende undercut moet ver van verstevigingskenmerken liggen, zoals hoeken en ribben.
• De undercut moet een leidinghoek van 30° tot 45° graden hebben.
• Het injectegoten onderdeel moet ruimte hebben en flexibel genoeg zijn om uit te rekken en te vervormen.

Het wordt aanbevolen strippende undercuts te vermijden in onderdelen gemaakt van vezelversterkte kunststoffen. Doorgaans kunnen flexibele kunststoffen zoals PP, HDPE of Nylon (PA) undercuts van maximaal 5% van hun diameter tolereren.

*Voorbeeld onderdeel met strippende undercuts. Het onderdeel wordt vervormd terwijl het uit de vorm wordt geduwd.*

Schuivende zij-acties en kernen

Schuivende zij-acties en kernen worden gebruikt wanneer het niet mogelijk is om het injectegoten onderdeel te herontwerpen om undercuts te vermijden. Zij-actie kernen zijn inserts die inschuiven wanneer de vorm sluit en uitschuiven voordat hij opent. Houd er rekening mee dat deze mechanismen kosten en complexiteit aan de vorm toevoegen.

Volg deze richtlijnen bij het ontwerpen van een zij-actie:

• Er moet ruimte zijn voor de kern om in en uit te bewegen. Dit betekent dat het kenmerk aan de andere kant van het onderdeel moet liggen.
• De zij-acties moeten loodrecht bewegen. Bewegen onder een andere hoek dan 90° is complexer, wat kosten en levertijden verhoogt.
• Vergeet niet trekkhoeken aan uw ontwerp toe te voegen zoals gebruikelijk, rekening houdend met de beweging van de zij-actie kern.

Veelvoorkomende ontwerpkenmerken

Leer hoe u de meest voorkomende kenmerken in injectegoten onderdelen ontwerpt met deze praktische richtlijnen. Gebruik ze om de functionaliteit van uw ontwerpen te verbeteren, terwijl u zich nog houdt aan de basisontwerperegels.

Gedraaide bevestigingsmiddelen (bosses en inserts)

Er zijn 3 manieren om bevestigingsmiddelen aan een injectegoten onderdeel toe te voegen: door een draad direct op het onderdeel te ontwerpen, door een boss toe te voegen waar de schroef kan worden bevestigd, of door een gedraaide insert op te nemen.

Een draad direct op het onderdeel modelleren is mogelijk, maar niet aanbevolen, omdat de tanden van de draad essentieel undercuts zijn, wat de complexiteit en kosten van de vorm drastisch verhoogt (we zullen later meer over undercuts leren). Een voorbeeld van een injectegoten onderdeel met een draad zijn flesdopjes.

Bosses

Bosses zijn veelvoorkomend in injectegoten onderdelen en worden gebruikt als bevestigings- of montagepunten. Ze bestaan uit cilindrische uitstulpingen met gaten ontworpen om schroeven, gedraaide inserts, of andere typen bevestigings- en montagehardware te ontvangen. Een goede manier om een boss te zien is als een rib die zichzelf in een cirkel sluit.

Bosses worden gebruikt als bevestigings- of bevestigingspunten (in combinatie met zelfsnijgende schroeven of gedraaide inserts).

*Aanbevolen ontwerp van een boss*

Wanneer bosses gebruikt worden als bevestigingspunten, moet de buitendiameter van de boss 2x de nominale diameter van de schroef of insert zijn en de binnendiameter gelijk aan de kerndiameter van de schroef. Het gat van de boss moet zich tot het basiswandniveau uitstrekken, zelfs als de volledige diepte niet nodig is voor montage, om een uniforme wanddikte door het kenmerk te behouden. Voeg een afschuining toe voor gemakkelijke invoering van de schroef of insert.

Voor de beste resultaten:

Vermijd het ontwerpen van bosses die samensmelten in hoofdwanden

Ondersteun bosses met ribben of verbind ze met een hoofdwands

Voor bosses met inserts, gebruik een buitendiameter gelijk aan 2× de nominale grootte van de insert

Draad

Metaal gedraaide inserts kunnen aan plastic injectegoten onderdelen worden toegevoegd om een duurzaam gedraaid gat voor bevestigingsmiddelen zoals machineschroeven te bieden. Het voordeel van inserts is dat ze veel cycli van montage en demontage toelaten.

Inserts worden in injectegoten onderdelen geïnstalleerd via thermische, ultrasoon of in-mold insertie. Om een boss te ontwerpen die een gedraaide insert zal ontvangen, gebruik vergelijkbare richtlijnen als hierboven, met de diameter van de insert als leidende afmeting.

*Een gedraaide insert geplaatst in een boss*

Voor de beste resultaten:

Voeg geen draden direct aan uw injectegoten onderdeel toe

Ontwerp bosses met een buitendiameter gelijk aan 2x de nominale diameter van de schroef of insert

Voeg een 0,8 mm relief aan de randen van de draad toe

Gebruik een draad met een pitch groter dan 0,8 mm (32 draden per inch)

Gebruik een trapezium- of bijl-draad

Beste manier om met de gecreëerde undercuts om te gaan:

Gebruik een draad met een pitch groter dan 0,8 mm (32 draden per inch)

Voor externe draden, plaats ze langs de scheidingslijn

Ribben

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

Bij het ontwerpen van ribben:

● Gebruik een dikte gelijk aan 0,5 × hoofdwandsdikte

● Definieer een hoogte kleiner dan 3 × ribdikte

● Gebruik een basisfillet met straal groter dan ¼ × ribdikte

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

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

Klikpassingen (Snap-fit joints)

Klikpassingen zijn een zeer eenvoudige, economische en snelle manier om twee onderdelen te verbinden zonder bevestigingsmiddelen of gereedschap. Een breed scala aan ontwerpmogelijkheden bestaat voor klikpassingen.

Als vuistregel hangt de uitbuiging van een klikpas voornamelijk af van de lengte en de toelaatbare kracht die erop kan worden uitgeoefend van de breedte (aangezien de dikte min of meer gedefinieerd is door de wanddikte van het onderdeel). Ook zijn klikpassingen een ander voorbeeld van undercuts.

*Voorbeeld van een montage met klikpassingen*

In het bovenstaande voorbeeld wordt de meest voorkomende klikpas-ontwerp (bekend als de __cantilever klikpas__) getoond. Net als bij ribben, voeg een trekking toe aan uw klikpassingen en gebruik een minimum dikte van 0,5x de wanddikte.

Specifieke richtlijnen voor het ontwerpen van klikpassingen is een groot onderwerp dat buiten de scope van dit artikel valt. Voor meer gedetailleerde informatie, verwijs naar dit artikel van MIT.

Voor de beste resultaten:

Voeg een trekking toe aan de verticale wanden van uw klikpassingen

Ontwerp klikpassingen met dikte groter dan 0,5x de wanddikte

Pas hun breedte en lengte aan om hun uitbuiging en toelaatbare kracht te controleren

Leefscharnieren (Living hinges)

Leefscharnieren are dunne plastic secties die 2 segmenten van een onderdeel verbinden en het toelaten om te buigen en te vouwen. Doorgaans worden deze scharnieren geïntegreerd in massaprogeproduceerde containers, zoals plastic flessen. Een goed ontworpen leefscharnier kan tot een miljoen cycli zonder falen duren.

Het materiaal dat gebruikt wordt om een leefscharnier te injectegieten, moet flexibel zijn. Polypropyleen (PP) en Polyetheen (PE) zijn goede keuzes voor consumententoepassingen en Nylon (PA) voor engineering-gebruik.

Een goed ontworpen scharnier wordt hieronder getoond. De aanbevolen minimumdikte van het scharnier ligt tussen 0,20 en 0,35 mm, met hogere diktes die resulteren in duurzamere, maar stijvere, onderdelen.

{{img}}

*Voorbeeld van een leefscharnier (links) en aanbevolen ontwerpafmetingen voor PP of PE (rechts)*

Voordat u naar full-scale productie gaat, prototypen uw leefscharnieren met CNC-bewerking of 3D-printen om de geometrie en stijfheid te bepalen die het beste past bij uw toepassing. Voeg genadige afrondingen toe en ontwerp schouders met een uniforme wanddikte als de hoofdbulk van het onderdeel om de materiaalstroom in de vorm te verbeteren en spanningen te minimaliseren. Deel scharnieren langer dan 150 mm in twee (of meer) om de levensduur te verbeteren.

Voor gedetailleerde richtlijnen, verwijs naar deze MIT-gids.

Voor de beste resultaten:

• Ontwerp scharnieren met een dikte tussen 0,20 en 0,35 mm

• Selecteer een flexibel materiaal (PP, PE of PA) voor onderdelen met leefscharnieren

• Gebruik schouders met een dikte gelijk aan de dikte van de hoofdwands

• Voeg zo grote fillets mogelijk toe

Krimpribben (Crush ribs)

Krimpribben zijn kleine uitstulpingen die vervormen om wrijving te creëren wanneer verschillende componenten samengedrukt worden, wat hun positie bevestigt.

Krimpribben kunnen een economische alternatief zijn voor het produceren van hoge-tolerantie gaten voor strake passingen. Ze worden veel gebruikt om lagers of assen en andere perspas-toepassingen te huisvesten.

*Voorbeeld van een krimprib (links) en aanbevolen ontwerpafmetingen (rechts)*

Het gebruik van drie krimpribben wordt aanbevolen om goede uitlijning te garanderen. De aanbevolen hoogte/straal voor elke rib is 2 mm. Voeg een minimale interferentie van 0,25 mm toe tussen de krimprib en het gepaste onderdeel. Vanwege het kleine oppervlakcontact met de vorm, kunnen krimpribben ontworpen worden zonder trekking.

Voor de beste resultaten:

Voeg een minimale interferentie van 0,25 mm toe tussen krimprib en het component

Voeg geen trekking toe aan de verticale wanden van een krimprib

Lettering en symbolen

Tekst is een heel veelvoorkomend kenmerk dat nuttig kan zijn voor logo's, labels, waarschuwingen, diagrammen en instructies, wat de kosten van plak- of geschilderde labels bespaart.

Bij het toevoegen van tekst, kies gereleefde tekst over ingegravureerde tekst, omdat het eenvoudiger is om op de vorm te CNC-frezen en dus economischer.

Ook de tekst 0,5 mm verheffen boven het onderdeeloppervlak zal ervoor zorgen dat de letters makkelijk leesbaar zijn. We raden aan een vet, afgeronde fontstijl met uniforme lijndikte te selecteren, met een grootte van 20 punten of groter. Enkele fonte voorbeelden zijn: Century Gothic Bold, Arial en Verdana.

Gebruik gereleefde tekst (0,5 mm hoogte) in plaats van ingegravureerde tekst

Gebruik een font met uniforme dikte en een minimum lettergrootte van 20 punten

Lijn de tekst loodrecht op de scheidingslijn uit

Gebruik een hoogte (of diepte) groter dan 0,5 mm

Toleranties

Injectegieten produceert doorgaans onderdelen met toleranties van ± 0,250 mm (0,010"). Striktere toleranties zijn in bepaalde omstandigheden haalbaar (tot ± 0,125 mm - en zelfs ± 0,025 mm), maar ze verhogen de kosten drastisch.

Voor kleine productieruns (< 10.000 eenheden), overweeg een secundaire operatie (zoals boren) om de nauwkeurigheid te verbeteren. Dit zorgt voor de correcte interferentie van het onderdeel met andere componenten of inserts (bijvoorbeeld bij het gebruik van perspassingen).

Ontwerp regels voor injectegieten

Een van de grootste voordelen van injectegieten is hoe gemakkelijk complexe geometrieën gevormd kunnen worden, wat een enkel onderdeel in staat stelt meerdere functies te vervullen.

Eenmaal de vorm geproduceerd, kunnen deze complexe onderdelen tegen zeer lage kosten gereproduceerd worden. Maar wijzigingen in het vormontwerp op latere stadia van de ontwikkeling kunnen zeer duur zijn, dus het bereiken van de beste resultaten bij de eerste keer is essentieel. Volg de onderstaande richtlijnen om de meest voorkomende defecten in injectegieten te vermijden.

Gebruik een constante wanddikte

Gebruik een uniforme wanddikte door het hele onderdeel (indien mogelijk) en vermijd dikke secties. Dit is essentieel omdat niet-uniforme wanden kunnen leiden tot vervorming van het onderdeel naarmate het gesmolten materiaal afkoelt.

Als secties van verschillende dikte vereist zijn, maak de overgang zo soepel mogelijk met een afschuining of afronding. Op deze manier zal het materiaal gelijkmatiger in de cativiteit vloeien, wat zorgt dat de hele vorm volledig gevuld wordt.

Voor de beste resultaten:

Gebruik een uniforme wanddikte binnen de aanbevolen waarden

Wanneer verschillende diktes vereist zijn, verzacht de overgang met een afschuining of afronding met lengte die 3x het verschil in dikte is

Dikke secties uithollen

Dikke secties kunnen leiden tot diverse defecten, inclusief vervorming en inzakken. Het beperken van de maximale dikte van elke sectie van uw ontwerp tot de aanbevolen waarden door ze hol te maken is essentieel.

Om de sterkte van holle secties te verbeteren, gebruik ribben om structuren van gelijke sterkte en stijfheid maar verminderde wanddikte te ontwerpen. Een goed ontworpen onderdeel met holle secties wordt hieronder getoond:

*Dikke secties uithollen en ribben toevoegen om stijfheid te verbeteren*

Ribben kunnen ook gebruikt worden om de stijfheid van horizontale secties te verbeteren zonder hun dikte te verhogen. Onthoud wel dat de wanddiktebeperkingen nog steeds gelden. Het overschrijden van de aanbevolen ribdikte (zie hieronder) kan resulteren in inzakken.

*De wanddiktebeperkingen gelden nog steeds voor ribben*

Voor de beste resultaten:

Holle dikke secties en gebruik ribben om de sterkte en stijfheid van het onderdeel te verbeteren

Ontwerp ribben met max. dikte gelijk aan 0,5x de wanddikte

Ontwerp ribben met max. hoogte gelijk aan 3x de wanddikte

Voeg soepel overgangen toe

Aanbevolen: 3 × wanddikte verschil

Soms kunnen secties met verschillende wanddiktes niet vermeden worden. In deze gevallen, gebruik een afschuining of afronding om de overgang zo soepel mogelijk te maken.

Op dezelfde manier moet de basis van verticale kenmerken (zoals ribben, bosses, klikpassingen) ook altijd afgerond zijn.

Rond alle randen af

De uniforme wanddikte beperking geldt ook voor randen en hoeken: de overgang moet zo soepel mogelijk zijn om goede materiaalstroom te garanderen.

Voor binnenranden, gebruik een straal van minimaal 0,5 x de wanddikte. Voor buitenranden, voeg een straal toe gelijk aan de binnenstraal plus de wanddikte. Op deze manier zorgt u ervoor dat de dikte van de wanden overal constant is (zelfs in de hoeken).

Daarnaast resulteren scherpe hoeken in spanningsconcentraties wat kan leiden tot zwakkere onderdelen.

*Voeg brede stralen toe aan alle randen om uniforme wanddikte te behouden en defecten te vermijden*

Voor de beste resultaten:

Voeg een fillet gelijk aan 0,5x de wanddikte toe aan binnenhoeken

Voeg een fillet gelijk aan 1,5x de wanddikte toe aan buitenhoeken

Voeg trekkhoeken toe

Om de uitwerping van het onderdeel uit de vorm te vergemakkelijken, moet een trekking aan alle verticale wanden worden toegevoegd. Wanden zonder trekking zullen sleeplitskens op hun oppervlak hebben, door de hoge wrijving met de vorm tijdens uitwerping.

Een minimale trekking van 2° wordt aanbevolen. Grotere trekkhoeken (tot 5°) moeten gebruikt worden op hogere kenmerken.

Lees meer over het belang van trekkhoeken in dit artikel →

Een goede vuistregel is om de trekking met één graad per 25 mm te verhogen. Bijvoorbeeld, voeg een trekking van 3° toe aan een kenmerk dat 75 mm hoog is. Grotere trekkhoeken moeten gebruikt worden als het onderdeel een getekstureerde oppervlakteafwerking heeft. Als vuistregel, voeg 1° tot 2° extra graden toe aan de resultaten van de bovenstaande berekeningen.

Onthoud dat trekkhoeken ook nodig zijn voor ribben. Wees er zich van bewust dat het toevoegen van een hoek de dikte van de top van de rib zal verminderen, dus zorg ervoor dat uw ontwerp voldoet aan de aanbevolen minimum wanddikte.

*Voeg een trekking (minimaal 2°) toe aan alle verticale wanden*

Voor de beste resultaten:

Voeg een minimale trekking van 2° graden toe aan alle verticale wanden

Voor kenmerken hoger dan 50 mm, verhoog de trekking met één graad elke 25 mm

Voor onderdelen met getekstureerde oppervlakteafwerking, verhoog de trekking met 1-2° extra graden

Deel 3

Injectegietmaterialen

Injectegieten is compatibel met een breed scala aan kunststoffen. In deze sectie leert u meer over de belangrijkste kenmerken van de populairste materialen. We zullen ook de standaard oppervlakteafwerkingen bespreken die op injectegoten onderdelen toegepast kunnen worden.

Materialen gebruikt voor injectegieten

Alle thermoplasten kunnen geïnjecteerd worden. Sommige thermohardende stoffen en vloeibare silicones zijn ook compatibel met het injectegietproces.

Ze kunnen ook versterkt worden met vezels, rubberdeeltjes, mineralen of vlamvertragende middelen om hun fysieke eigenschappen te wijzigen. Bijvoorbeeld glasvezel kan met de pellets gemengd worden in verhoudingen van 10%, 15% of 30%, wat resulteert in onderdelen met hogere stijfheid.

Polypropyleen (PP)

De meest voorkomende injectegietplastic. Uitstekende chemische weerstand. Voedselveilige graden beschikbaar. Niet geschikt voor mechanische toepassingen.

ABS

Algemene thermoplast met hoge impactweerstand, lage kosten & lage dichtheid. Kwetsbaar voor oplosmiddelen.

Polyetheen (PE)

Lichtgewicht thermoplast met goede impactsterkte & weerstand tegen weersinvloeden. Geschikt voor buitentoepassingen.

Polystyreen (PS)

De injectegietplastic met de laagste kosten. Voedselveilige graden beschikbaar. Niet geschikt voor mechanische toepassingen.

Polyurethaan (PU)

Thermoplast met hoge impactsterkte en goede mechanische eigenschappen & hardheid. Geschikt voor het gieten van onderdelen met dikke wanden.

Nylon (PA 6)

Engineering thermoplast met uitstekende mechanische eigenschappen en hoge chemische & slijtweerstand. Gevoelig voor vocht.

Polycarbonaat (PC)

De plastic met de hoogste impactsterkte. Hoge thermische weerstand, weerstand tegen weersinvloeden & zwaarte. Kan gekleurd of transparant zijn.

PC/ABS

Mengsel van twee thermoplasten resulterend in hoge impactsterkte, uitstekende thermische stabiliteit, en hoge stijfheid. Kwetsbaar voor oplosmiddelen.

POM (Acetaal/Delrin)

Engineering thermoplast met hoge sterkte, stijfheid & vochtweerstand en zelfsmurende eigenschappen. Relatief gevoelig voor vervorming.

PEEK

Hoogpresterend engineering thermoplast met uitstekende sterkte en thermische & chemische weerstand. Gebruikt om metalen onderdelen te vervangen.

Silicone rubber

Thermohardende stof met uitstekende hitte- & chemische weerstand en aanpasbare shore-hardheid. Voedselveilige en medische graad beschikbaar.

Een additief dat veel gebruikt wordt om de stijfheid van injectegoten onderdelen te verbeteren is glasvezel. De glasvezel kan met de pellets gemengd worden in verhoudingen van 10%, 15% of 30%, wat resulteert in verschillende mechanische eigenschappen.

Kleurstof kan aan de mengsel worden toegevoegd (in een verhouding van ongeveer 3%) om een grote verscheidenheid aan gekleurde onderdelen te creëren. Standaardkleuren zijn rood, groen, geel, blauw, zwart en wit en ze kunnen gemengd worden om verschillende tinten te creëren.

Oppervlakteafwerkingen en SPI-standaarden

Oppervlakteafwerkingen kunnen gebruikt worden om een injectegoten onderdeel een bepaald uiterlijk of gevoel te geven. Naast cosmetische doeleinden kunnen oppervlakteafwerkingen ook technische behoeften dienen. Bijvoorbeeld, de gemiddelde oppervlakteruwheid (Ra) kan de levensduur van glijdelagers drastisch beïnvloeden.

Injectegoten onderdelen worden doorgaans niet post-geprocest, maar de vorm zelf kan tot diverse graden afgewerkt worden.

Houd er rekening mee dat ruwe oppervlakken de wrijving tussen het onderdeel en de vorm tijdens uitwerping verhogen, dus een grotere trekking is vereist.

De Society of Plastics Industry (SPI) definieert diverse standaard afwerkingsprocedures die resulteren in verschillende onderdeeloppervlakteafwerkingen.

Afwerking	Beschrijving	SPI-standaarden*	Toepassingen
Glansafwerking	De vorm wordt eerst geglad en vervolgens gepolijst met een diamantbuff, resulterend in een spiegel-achtige afwerking.	A-1 A-2 A-3	Geschikt voor onderdelen die de gladste oppervlakteafwerking vereisen voor cosmetische of functionele doeleinden (Ra minder dan 0,10 μm). De A-1 afwerking is geschikt voor onderdelen met spiegel-achtige afwerking en lenzen.
Halfglansafwerking	De vorm wordt geglad met fijn korrel schuurpapier, resulterend in een fijn oppervlakteafwerking.	B-1 B-2 B-3	Geschikt voor onderdelen die een goede visuele uitstraling vereisen, maar geen hoge glans.
Matte afwerking	De vorm wordt geglad met fijn stenenpoeder, waarmee alle bewerkingslittekens verwijderd worden.	C-1 C-2 C-3	Geschikt voor onderdelen met lage visuele eisen, maar bewerkingslittekens zijn niet acceptabel.
Getekstureerde afwerking	De vorm wordt eerst geglad met fijn stenenpoeder en vervolgens gestraald, resulterend in een getekstureerd oppervlak.	D-1 D-2 D-3	Geschikt voor onderdelen die een zijde- of matte getekstureerde oppervlakteafwerking vereisen.
As-machined afwerking	De vorm wordt afgewerkt naar het oordeel van de bewerker. Werklijnslittekens zichtbaar.	-	Geschikt voor niet-cosmetische onderdelen, zoals industriële of verborgen componenten.

Bij het selecteren van een glansafwerking, onthoud deze nuttige tips:

• Een hoge glansvormafwerking is niet equivalent aan een hoge glansafgerond product. Het is significant onderworpen aan andere factoren zoals het gebruikte plastic hars, gietcondities en vormontwerp. Bijvoorbeeld, ABS zal onderdelen produceren met een hogere glansafwerking dan PP. Bezoek de bijlage voor de aanbevolen materiaal- en afwerkingscombinatie.
• Fijnere oppervlakteafwerkingen vereisen een hogere graad materiaal voor de vorm. Om een zeer fijn polijst te bereiken, zijn toolstalen met de hoogste hardheid vereist. Dit heeft een impact op de totale kosten (materiaalkosten, bewerkingstijd en post-processing tijd).

Deel 4

Kostenreductietips

Leer meer over de belangrijkste kostenstuurende factoren in injectegieten en actieve ontwerptips die u helpen de kosten van uw project te verlagen.

Kostenstuurende factoren in injectegieten

De grootste kosten in injectegieten zijn:

• Toolingkosten bepaald door de totale kosten van het ontwerpen en frezen van de vorm
• Materialenkosten bepaald door het volume van het gebruikte materiaal en de prijs per kilogram
• Productiekosten bepaald door de totale tijd dat de injectegietmachine gebruikt wordt

Toolingkosten zijn constant (startend bij $3.000 tot $5.000). Deze kosten zijn onafhankelijk van het totale aantal geproduceerde onderdelen, terwijl de materiaal- en productiekosten afhankelijk zijn van het productievolume.

Voor kleinere producties (1.000 tot 10.000 eenheden), heeft de toolingkost de grootste impact op de totale kosten (ongeveer 50-70%). Het is dus de moeite waard uw ontwerp dienovereenkomstig aan te passen om het productieproces van de vorm (en de kosten ervan) te vereenvoudigen.

Voor grotere volumes tot full-scale productie (10.000 tot 100.000+ eenheden), wordt de bijdrage van de toolingkosten aan de totale kosten overschaduwd door de materiaal- en productiekosten. Uw hoofdontwerpinspanningen moeten zich dus richten op het minimaliseren van zowel het volume van het onderdeel als de tijd van de gietcyclus.

Hier hebben we enkele tips verzameld om u te helpen de kosten van uw injectegietproject te minimaliseren.

Tip #1: Blijf bij de straight-pull vorm

Zij-actie kernen en andere in-mold mechanismen kunnen de toolingkosten met 15% tot 30% verhogen. Dit vertaalt zich in een minimum additionele toolingkost van ongeveer $1.000 tot $1.500.

In een eerdere sectie hebben we manieren onderzocht om met undercuts om te gaan. Om uw productie budgettaal te houden, vermijd het gebruik van zij-actie kernen en andere mechanismen tenzij absoluut noodzakelijk.

Tip #2: Herontwerp het injectegoten onderdeel om undercuts te vermijden

Undercuts voegen altijd kosten en complexiteit toe, evenals onderhoud aan de vorm. Een slim herontwerp kan undercuts vaak elimineren.

Tip #3: Maak het injectegoten onderdeel kleiner

Kleinere onderdelen kunnen sneller gegoten worden, wat resulteert in een hogere productie-output, wat de kosten per onderdeel verlaagt. Kleinere onderdelen resulteren ook in lagere materiaalkosten en verlagen de prijs van de vorm.

Tip #4: Pas meerdere onderdelen in één vorm

Zoals we in een eerdere sectie zagen, is het passen van meerdere onderdelen in dezelfde vorm gangbare praktijk. Doorgaans passen 6 tot 8 kleine identieke onderdelen in dezelfde vorm, wat de totale productietijd met ongeveer 80% verlaagt.

Onderdelen met verschillende geometrieën kunnen ook in dezelfde vorm passen (onthoud, het modelvliegtuigvoorbeeld). Dit is een geweldige oplossing voor het verlagen van de totale montagtekosten.

Hier is een geavanceerde techniek:

In sommige gevallen is de hoofdbulk van 2 onderdelen van een montage hetzelfde. Met creatief ontwerp kunt u vergrendelingspunten of scharnieren op symmetrische locaties creëren, wat het onderdeel essentieel spiegelt. Op deze manier kan dezelfde vorm gebruikt worden om beide helften te produceren, wat de toolingkosten halveert.

Tip #5: Vermijd kleine details

Om een vorm met kleine details te produceren vereist langere bewerkings- en afwerkingstijden. Tekst is een voorbeeld hiervan en kan zelfs gespecialiseerde bewerkingstechnieken vereisen zoals elektrische ontladingsbewerking (EDM) wat resulteert in hogere kosten.

Tip #6: Gebruik lagere graad afwerkingen

Afwerkingen worden doorgaans met de hand op de vorm aangebracht, wat een duur proces kan zijn, vooral voor hoge-graad afwerkingen. Als uw onderdeel niet voor cosmetisch gebruik is, pas dan geen dure hoge-graad afwerking toe.

Tip #7: Minimaliseer het onderdeelvolume door wanddikte te verlagen

Het verlagen van de wanddikte van uw onderdeel is de beste manier om het onderdeelvolume te minimaliseren. Niet alleen betekent dit dat minder materiaal gebruikt wordt, maar de injectegietcyclus wordt ook enorm versneld.

Bijvoorbeeld, het verlagen van de wanddikte van 3 mm naar 2 mm kan de cyclus tijd met 50% tot 75% verlagen.

Dunnere wanden betekenen dat de vorm sneller gevuld kan worden. Belangrijker nog, dunne onderdelen koelen en solidifieren veel sneller. Onthoud dat ongeveer de helft van de injectegietcyclus besteed wordt aan de solidificatie van het onderdeel terwijl de machine stilstaat.

Er moet wel voor gezorgd worden dat de stijfheid van het onderdeel niet te veel wordt verminderd, wat de mechanische prestaties zou degraderen. Ribben op sleutellocaties kunnen gebruikt worden om de stijfheid te verhogen.

Tip #8: Overweeg secundaire operaties

Voor lagere volume producties (minder dan 1000 onderdelen), kan het kosteneffectiever zijn om een secundaire operatie te gebruiken om uw injectegoten onderdelen te voltooien. Bijvoorbeeld, u kunt een gat na het gieten boren in plaats van een dure vorm met zij-actie kernen te gebruiken.

Deel 5

Start met injectegieten

Eenmaal uw ontwerp klaar en geoptimaliseerd voor injectegieten, wat is de volgende stap? In deze sectie leiden we u door de stappen die nodig zijn om te beginnen met productie met injectegieten.

Stap 1: Begin klein en prototypeer snel

Voordat u zich vastlegt op dure injectegiettooling, creeer en test eerst een functioneel prototype van uw ontwerp.

Deze stap is essentieel voor het lanceren van een succesvol product. Op deze manier kunnen ontwerpfouten vroegtijdig geïdentificeerd worden, terwijl de kosten van wijziging nog laag zijn.

Er zijn 3 oplossingen voor prototyping:

1. 3D-printen (met SLS, SLA of Material Jetting)
2. CNC-bewerking in plastic
3. Low-run injectegieten met 3D-geprinte vormen. Deze processen kunnen realistische prototypes voor vorm en functie creëren die de uiterlijke verschijning van het eind injectegietproduct nauwkeurig nabootsen.

Gebruik de onderstaande informatie als een snelle vergelijkingsgids om te beslissen welke oplossing het beste is voor uw toepassing.

Prototyping met 3D-printen

Ontwerpen geoptimaliseerd voor injectegieten kunnen gemakkelijk 3D-geprint worden

De prototypingoplossing met de laagste kosten en snelste doorlooptijd

Niet elk injectegietmateriaal is beschikbaar voor 3D-printen

3D-geprinte onderdelen zijn 30-50% zwakker dan injectegoten onderdelen

Prototyping met CNC-bewerking

Materiaaleigenschappen identiek aan injectegoten onderdelen

Uitstekende nauwkeurigheid en afwerking

Ontwerpwijzigingen kunnen nodig zijn, aangezien andere ontwerprestricties gelden

Duurder dan 3D-printen met langere levertijd

Prototyping met low-run injectegieten

De meest realistische prototypes met nauwkeurige materiaaleigenschappen

Het daadwerkelijke proces en vormontwerp worden gesimuleerd

De prototypingoplossing met de hoogste kosten

Kleinere beschikbaarheid dan CNC of 3D-printen

Stap 2: Maak een "pilot run" (500 - 10.000 onderdelen)

Met het ontwerp gefinaliseerd, is het tijd om te beginnen met injectegieten met een kleine pilot run.

De minimum bestelhoeveelheid voor injectegieten is 500 eenheden. Voor deze hoeveelheden worden de vormen doorgaans CNC-gefreest uit aluminium. Aluminium vormen zijn relatief eenvoudig te produceren en laag in kosten (startend bij ongeveer $3.000 tot $5.000) maar kunnen 5.000 - 10.000 injectiecycli volhouden.

Op dit stadium varieert de typische kosten per onderdeel tussen $1 en $5, afhankelijk van de geometrie van uw ontwerp en het geselecteerde materiaal. De typische levertijd voor dergelijke orders is 6-8 weken.

Laat u niet verwarren door de term "pilot run". Als u slechts een paar duizend onderdelen nodig heeft, dan zou dit uw finale productiestap zijn.

De onderdelen geproduceerd met "pilot" aluminium vormen hebben fysieke eigenschappen en nauwkeurigheid identiek aan onderdelen geproduceerd met "full-scale productie" toolstaal vormen.

Stap 3: Schaal productie op (100.000+ onderdelen)

Bij het produceren van massive hoeveelheden identieke onderdelen (van 10.000 tot 100.000+ eenheden) is speciale injectegiettooling vereist.

Voor deze volumes worden de vormen CNC-gefreest uit toolstaal en kunnen miljoenen injectegietcycli volhouden. Ze zijn ook uitgerust met geavanceerde functies om productiesnelheden te maximaliseren, zoals hot-tip gates en ingewikkelde koelkanalen.

De typische eenheidskosten op dit stadium variëren tussen een paar cent tot $1 en de typische levertijd is 4 tot 6 maanden, vanwege de complexiteit van het ontwerpen en produceren van de vorm.

Deel 6

Nuttige bronnen

In deze gids hebben we alles aangeraakt wat u nodig hebt om te beginnen met injectegieten - maar er is nog veel meer te leren.

Hier zijn de nuttigste bronnen over injectegieten en andere digitale productietechnologieën als u dieper wilt duiken.

Andere gidsen

Wilt u meer leren over digitale productie? Er zijn meer technologieën om te verkennen: