So wählen Sie den richtigen Kunststoff für Ihr Projekt aus

Nov 06, 2023

Gordon Styles | 01. November 2017

Es gibt Tausende von Kunststoffen auf dem Markt, die für die schnelle Prototypenerstellung oder Kleinserienfertigung verwendet werden können – die Wahl des richtigen Kunststoffs für ein bestimmtes Projekt kann überwältigend sein, insbesondere für Ersterfinder oder neue Unternehmer. Bei jedem Material gibt es Kompromisse hinsichtlich Kosten, Festigkeit, Flexibilität und Oberflächenbeschaffenheit. Dabei muss nicht nur die Anwendung des Teils oder Produkts berücksichtigt werden, sondern auch die Umgebung, in der es verwendet wird.

Insgesamt verfügen technische Kunststoffe über fortschrittliche mechanische Eigenschaften, die eine längere Haltbarkeit bieten und während des Herstellungsprozesses nicht beeinträchtigt werden. An einigen Kunststoffarten können auch Modifikationen vorgenommen werden, um ihre Festigkeit sowie ihre Schlag- und Hitzebeständigkeit zu verbessern. Werfen wir einen Blick auf die verschiedenen Kunststoffmaterialien, die je nach Endteil oder Produktfunktion in Betracht gezogen werden müssen.

Mechanische Teile

Eines der am häufigsten zur Herstellung mechanischer Teile verwendeten Harze ist Nylon, auch bekannt als Polyamid (PA). Wenn PA mit Molybdän gemischt wird, hat es eine rutschige Oberfläche, die sich leicht bewegen lässt. Die Verwendung von Nylon-zu-Nylon-Getrieben wird jedoch nicht empfohlen, da ähnliche Kunststoffe dazu neigen, zusammenzukleben. PA ist äußerst verschleiß- und abriebfest und verfügt über gute mechanische Eigenschaften bei erhöhten Temperaturen. Nylon eignet sich hervorragend als Filament für den 3D-Kunststoffdruck, nimmt jedoch mit der Zeit Wasser auf.

Auch für mechanische Teile ist Polyoxymethylen (POM) eine tolle Option. POM ist eine Art Acetalharz, das zur Herstellung von Delrin von Dupont verwendet wird, einem wertvollen Kunststoff für Zahnräder, Schrauben, Räder und mehr. POM weist eine hohe Biege- und Zugfestigkeit, Steifigkeit und Härte auf. Allerdings kann sich POM durch Alkali, Chlor und heißes Wasser zersetzen und es kann schwierig sein, es miteinander zu verbinden.

Kunststoffbehälter

Wenn es sich bei Ihrem Projekt um eine Art Behälter handelt, eignet sich Polypropylen (PP) am besten. PP wird für Lebensmittelbehälter verwendet, da es hitzebeständig, unempfindlich gegenüber Ölen und Lösungsmitteln ist und keine Chemikalien auslaugen lässt, was es lebensmittelecht macht. PP verfügt außerdem über ein hervorragendes Gleichgewicht zwischen Steifigkeit und Schlagfestigkeit und lässt sich leicht zu einem Scharnier formen, das wiederholt gebogen werden kann, ohne zu brechen. Es kann auch für Anwendungen in Rohren und Schläuchen verwendet werden.

Eine weitere Option ist Polyethylen (PE). PE ist der am weitesten verbreitete Kunststoff der Welt und weist eine geringe Festigkeit, Härte und Steifigkeit auf. Es hat normalerweise eine milchig-weiße Farbe und ist der Kunststoff, der in Medikamentenflaschen sowie Milch- und Waschmittelbehältern zu finden ist. PE ist gegenüber verschiedenen Chemikalien sehr beständig, hat jedoch einen niedrigen Schmelzpunkt.

Werkzeugkoffer und Hardware

Für jedes Projekt, das eine hohe Schlagfestigkeit und starke Reiß- und Bruchfestigkeit erfordert, ist Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) ideal. ABS ist leicht und kann durch die Zugabe von Glasfasern verstärkt werden. Es ist teurer als Styrol, hält aber aufgrund seiner Härte und Zähigkeit deutlich länger. ABS wird für die 3D-Fused-Deposition-Modellierung von schnellen Prototypen verwendet.

Aufgrund seiner Eigenschaften ist ABS eine gute Option für tragbare Geräte. Bei Star Rapid haben wir für E3design ein Smartwatch-Gehäuse aus schwarzem, vorgefärbtem ABS/PC-Kunststoffharz im Kunststoffspritzgussverfahren hergestellt. Durch diese Materialwahl bleibt das Gerät insgesamt relativ leicht und bietet gleichzeitig eine Hülle, die unbeabsichtigten Stößen standhält, beispielsweise wenn die Uhr auf eine harte Oberfläche trifft. Wenn Sie etwas Vielseitiges und Schlagfestes benötigen, ist schlagfestes Polystyrol (HIPS) eine gute Option. Dieses Material eignet sich zur Herstellung robuster Koffer für Elektrowerkzeuge und Werkzeugkästen. Obwohl HIPS wirtschaftlich ist, gilt es nicht als umweltfreundlich.

Gummi

Viele Projekte erfordern das Spritzgießen von Harzen, die die weichen, elastischen Eigenschaften von Gummi haben. Thermoplastisches Polyurethan (TPU) ist eine großartige Option, da es in vielen speziellen Formeln erhältlich ist, um eine hohe Elastizität, Leistung bei niedrigen Temperaturen und Haltbarkeit zu erreichen. TPU wird auch in Elektrowerkzeugen, Lenkrollen, Kabelisolierungen und Sportartikeln verwendet. Da es lösungsmittelbeständig ist, ist TPU aufgrund seiner hohen Abriebfestigkeit und Scherfestigkeit in vielen industriellen Umgebungen zu finden. Es ist jedoch dafür bekannt, dass es Feuchtigkeit aus der Atmosphäre aufnimmt, sodass es bei der Herstellung schwierig zu verarbeiten sein kann. Zum Umspritzen gibt es thermoplastischen Gummi (TPR), der kostengünstig und einfach zu handhaben ist und für Anwendungen wie gepolsterte Gummigriffe geeignet ist.

Transparente Teile

Wenn Ihr Teil klare Linsen oder Fenster erfordert, ist Acryl (PMMA) am besten geeignet. Aufgrund seiner Steifigkeit und Abriebfestigkeit wird dieses Material zur Herstellung bruchsicherer Fenster wie Plexiglas verwendet. PMMA lässt sich zudem gut polieren, hat eine gute Zugfestigkeit und ist in großen Mengen wirtschaftlich. Allerdings ist es nicht so stoß- und chemikalienbeständig wie Polycarbonat (PC).

Wenn Sie für Ihr Projekt etwas Stärkeres benötigen, ist PC langlebiger als PMMA und verfügt über hervorragende optische Eigenschaften, was es zu einer geeigneten Wahl für Linsen und kugelsichere Fenster macht. PC kann auch bei Raumtemperatur gebogen und geformt werden, ohne zu zerbrechen. Es ist nützlich für Prototyping-Arbeiten, da für die Formung keine teuren Formwerkzeuge erforderlich sind. PC ist teurer als Acryl und kann schädliche Chemikalien freisetzen, wenn es längere Zeit heißem Wasser ausgesetzt wird. Daher ist es nicht lebensmittelecht. Aufgrund seiner Schlagfestigkeit und Kratzfestigkeit eignet sich PC hervorragend für vielfältige Anwendungen. Bei Star Rapid haben wir dieses Material verwendet, um Abdeckungen für tragbare Kassenterminals für Muller Commercial Solutions herzustellen. Das Teil wurde aus massiven PC-Blöcken CNC-gefräst; Da es vollständig transparent sein musste, wurde es anschließend von Hand geschliffen und dampfpoliert.

Dies ist nur ein kurzer Blick auf einige der am häufigsten in der Fertigung verwendeten Kunststoffe. Die meisten können mit verschiedenen Glasfasern, UV-Stabilisatoren, Schmiermitteln oder anderen Harzen verändert werden, um spezifische technische Eigenschaften zu erzielen, die auf den Anforderungen des Projekts und dem verwendeten Herstellungsverfahren basieren – sei es Spritzguss, Vakuumguss oder 3D-Druck.

Gordon Styles ist Gründer und Präsident von Star Rapid, einem Anbieter von Dienstleistungen für Rapid Prototyping, Rapid Tooling und Kleinserienproduktion. Styles nutzte seinen Hintergrund im Ingenieurwesen und gründete 2005 Star Rapid. Unter seiner Führung wuchs das Unternehmen auf 250 Mitarbeiter. Mit einem internationalen Team aus Ingenieuren und Technikern kombiniert Star Rapid fortschrittliche Technologien – wie 3D-Druck und mehrachsige CNC-Bearbeitung – mit traditionellen Fertigungstechniken und hohen Qualitätsstandards. Vor Star Rapid besaß und leitete Styles das größte Rapid-Prototyping- und Rapid-Tooling-Unternehmen des Vereinigten Königreichs, STYLES RPD, das im Jahr 2000 an ARRK Europe verkauft wurde.

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