Gasunterstützte Spritzgusstechnik in der Produktion

Das gasunterstützte Spritzgießen (GAIM) verbessert die Leistung der Teile durch Gasinjektionsverfahren. Das Standard-Spritzgießverfahren (SIM) unterscheidet sich vom GAIM-Verfahren dadurch, dass die Gasinjektion während der gesamten Einspritzzeit des Materials im Inneren des Formhohlraums erfolgt. Dieser Ansatz ist entscheidend im Vergleich zu SIM als traditionelle Methode. Er reduziert und verbessert die Teilequalität und den Materialverbrauch. Die Gesamtauswirkungen sind hohe und komplexe Geometrien und dünne Wände der Produktionsteile.

Grundprinzipien der GAIM

Beim gasunterstützten Spritzgießen bringen die Bediener präzise Gasmengen in den Formhohlraum ein. Der Prozess der Kunststoffschmelze erfolgt vor dem Abschluss des Gaseinbaus. Durch das Gas entsteht ein hohler zentraler Bereich innerhalb des bestehenden Teils. Der Kern ermöglicht es, sowohl den Material- als auch den Gewichtsbedarf zu reduzieren. Die strukturelle Qualität und Integrität des Systems bleibt bei diesem Verfahren erhalten.

Einspritzen von Material

Das gasunterstützte Spritzgießen ist der Beginn des Standard-Spritzgießens. Der geschmolzene Kunststoff wird unter hohem Druck in den Formhohlraum eingebracht. Unter starker Krafteinwirkung wird der Kunststoff in die Form gebracht, um eine genaue Teileform zu schaffen. Die Produkte aus GAIM sind denen aus dem Standardspritzguss überlegen.

Gaseinspritzungsstufe

Beim Befüllen des Kerns strömt Stickstoffgas durch eine Bohrlochdüse. Das Gas strömt durch die Gaskanäle durch das Kunststoffmaterial. Es entwickelt einen Druck, der die Kunststoffschmelze im Kern reguliert. Das Verfahren minimiert die Menge des einzusetzenden Materials, die dünnen Außenwände und die Gaskanäle.

Abkühlungsphase

Die dritte Phase des gasunterstützten Spritzgießverfahrens ist die Abkühlphase. Die Abkühlungsphase erfordert Zeit, da die Form des Produkts bereits vorhanden ist. Die Kühlphase geht der Gasinjektionsphase voraus. Ziel ist es, das Kunststoffmaterial an der Gasblase zu verfestigen. Der Prozess folgt der Gasführung zu einem Querschnitt eines Gaskanals. Der Ansatz ist im Allgemeinen halbkreisförmig. Die Verfestigung als Prozess sorgt dafür, dass der Hohlraum nicht kollabiert. Außerdem ist sie für die Aufrechterhaltung einer gleichmäßigen Abkühlung des Gases verantwortlich. Dieser Abkühlungsprozess ist für die effektive Verfestigung von Kunststoffen unerlässlich.

Spritzgießen

Der letzte Schritt ist das Auswerfen der Form. Dabei wird die Form geöffnet, um das fertige Teil freizugeben. Der Eintritt in die Form sollte vor Ablauf der vorgesehenen Zeit erfolgen. Das Gas spielt eine wesentliche Rolle, wenn sich die Form öffnet, um durch den Luftspalt zu entweichen. Der Hohlraum im Inneren des Formteils vervollständigt das verbleibende Segment. Nach der Formgebung tritt das Teil durch den offenen Formteil aus.

Hauptbefürworter der GAIM

Ein angemessener Aufbau der wesentlichen Komponenten ist nach wie vor entscheidend für das gasunterstützte Spritzgießen.

• Gaseinspritzsystem: Die Meister der Gasinjektionssysteme erleichtern den gasunterstützten Spritzgießvorgang. Das System enthält eine Druckregelung für die Stickstoffversorgung und ein Regelventil, das den Gasfluss steuert. Die Düse nutzt ihre Konstruktion, um das vorhandene Gas in den Formhohlraum zu transportieren.
• Spritzgießmaschine: Spezielle Ventile und Steuerungen für das Gasflussmanagement verändern Standard-Spritzgießmaschinen durch ihre Integration in das Gasinjektionssystem erheblich. Die Hersteller setzen die aktualisierte Fertigungsausrüstung ein, um die gleichzeitige Herstellung von Standardteilen und gasunterstütztem Spritzgießen mit einer einzigen Anlage durchzuführen. Dies senkt die Produktionskosten der Hersteller.

Formenbau

Die entworfenen Formen enthalten gasunterstützte Funktionen für einen ordnungsgemäßen Luftstrom, der hohle Elemente innerhalb der geformten Komponenten erzeugt. Die Zusammenstellung eines geeigneten Formdesigns ist entscheidend für die richtige Gasverteilung. Das Gas strömt durch spezifische Brüche entlang der Schwächungslinien und bildet einen wichtigen Abschnitt. Die Spritzgießformen müssen Merkmale aufweisen, die das Eindringen von Gas in den Formraum ermöglichen.

Vergleich mit Standard-Spritzgießen

Die Materialien beim gasunterstützten Spritzgießen erfordern eine Leistungssteigerung aufgrund des Effizienzfaktors dieses Verfahrens. Beim bisherigen und veralteten Spritzgießen wird für die Formgebung der Teile komplettes Kavitätenmaterial benötigt. Die Folge ist ein hoher Materialverbrauch, insbesondere bei dicken und großen Teilen. Andererseits entsteht durch das Gas ein hohler Kern. Die Folge ist ein geringerer Materialverbrauch, um die Festigkeit und Haltbarkeit zu erhalten.

Verringerung des Gewichts: Der begrenzte Materialeinsatz bietet einen Vorteil bei der Gewichtsreduzierung. Beim gasunterstützten Spritzgießen entstehen in der Mitte des Teils Hohlräume, was zu geringerem Gewicht und höherer Festigkeit führt. Beim Standard-Spritzgießen ist eine Füllung des Hohlraums erforderlich, die zusätzliche Gewichtskosten verursacht. Die Füllung ist daher im Vergleich zum gasunterstützten Gießen eine Verschwendung.

Oberflächengüte und Qualität: Das gasunterstützte Spritzgießen kann mehr Oberflächengüte bieten als Teile aus dem Standard-Spritzgießen. Der Druck der Gasinjektion hilft, den Materialfluss, die Luft und Unvollkommenheiten zu entfernen.

Zyklus-Zeitrahmen: Gasunterstützte Spritzgießverfahren benötigen für die Ausführung eines Zyklus mehr Zeit als das normale Spritzgießen. Der gesamte Prozess benötigt mehr Zeit als die Kühlzeit beim Gasinjektionsverfahren. Die Zykluszeit ist manchmal innerhalb eines kurzen Zeitraums abgeschlossen. Die Standard-Spritzgusstechnologie steht vor Herausforderungen bei der Verarbeitung von Kurzzeitteilen, die bei komplexen Formen und leichten Anwendungen schwierig werden.

Flexibilität der Teilegestaltung: GAIM zeichnet sich aus, wenn die Erstellung von Teilen komplexe Geometrien erfordert. Es führt auch zu dünnen Wänden und technischen Innenstrukturen. Die Herstellung von Hohlkörpern in Produktdesigns erweist sich als schwierig oder unerreichbar mit Standard-Spritzgießverfahren.

Wann wird gasunterstütztes Spritzgießen eingesetzt?

Für Branchen, die eine erstklassige Oberflächenqualität benötigen, ist das gasunterstützte Spritzgießen eine wichtige Technologie. Der Gasdruck hilft, Fehler und Defekte durch Lufteinschlüsse zu vermeiden. Er ermöglicht auch Fließlinien und Einfallstellen, wie sie für standardunterstützte Verfahren, die dicke Wände produzieren, typisch sind. Die glattere Oberflächenbeschaffenheit minimiert den Bedarf an Nachbearbeitungen.

Signifikante Teile und Gewichtsreduzierung

Das gasunterstützte Spritzgießen ist entscheidend für die Entwicklung großer Teile und die Gewichtsreduzierung. Es hilft bei der Gewichtsreduzierung, indem es sich auf dünne Wände konzentriert. Die großen Teile entstehen durch den Hohlraum im Inneren des Werkzeugs. Bei Kunststoffteilen, insbesondere in der Automobilbranche, bei Konsumgütern und in der Luft- und Raumfahrt, liegt der Schwerpunkt auf einem minimalen Gewicht. Der prozentuale Anteil des Gewichts, der nicht verwendet wird, liegt zwischen 20 und 40 Prozent. Die strukturelle Integrität ist ein wesentliches Ergebnis dieses Herstellungsverfahrens, da es die sachkundige Herstellung von Armaturenbrettern ermöglicht und gleichzeitig eine hohe Integrität von Sitzlehnen und Verkleidungsteilen gewährleistet.

Entwicklung komplizierter Strukturen

Das Spritzgießverfahren mit Gasunterstützung liefert geeignete Ergebnisse für die Herstellung von Teilen, die komplizierte Designs und schlanke Wandstrukturen erfordern. Die Hersteller erreichen mit der Gasinjektion Hohlräume, um die Herstellung komplizierter Innenstrukturen zu vereinfachen. Die Automobilindustrie kann Stoßstangen und Innenverkleidungen durch gasunterstütztes Spritzgießen entwickeln. Die Designs liegen zwischen den traditionellen Spritzgussverfahren und den gasunterstützten Verfahren. Die Hersteller stehen vor der Schwierigkeit, mit Wänden von beträchtlichen Ausmaßen und unter hohem Druck stehenden und festen Materialien zu arbeiten.

Begrenzte Materialverwendung

Die Hersteller überwachen aktiv die Ausgaben für Rohstoffe während der Großproduktion, da diese eine wesentliche Rolle spielen. Die unterstützte Injektionstechnik ist entscheidend für die Senkung der Materialkosten, ohne die Festigkeit des Produkts zu beeinträchtigen. Das Verfahren ist vor allem bei der Herstellung von Teilen mit hohen Stückzahlen erforderlich. Der Ansatz der Kosteneinsparung ist typisch für die Automobilindustrie und wird auch für Geräteteile wie industrielle Gehäuseteile verwendet.

Teile mit internen Strukturen

GAIM ist eine Lösung für Teile, die innere Merkmale wie Hohlräume, Rippen und Kanäle erfordern. Das Verfahren ermöglicht die Herstellung von Hohlkörpern in Verbindung mit Innenformen. Die Vorteile des Standard-Spritzgießens sind nur schwer zu überwinden. Zu den wichtigsten medizinischen Geräten, die mit dieser Technologie hergestellt werden, gehören Flaschen, Spritzen und Behälter.

Gängige Materialien für das gasunterstützte Spritzgießen

ABS

Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) ist einer der wichtigsten Rohstoffe für die GAIM-Verarbeitung. Es zeichnet sich durch eine hervorragende Fließfähigkeit, geeignete mechanische Eigenschaften und eine einfache Verarbeitung aus. ABS ist entscheidend für die Herstellung von Konsumgütern und elektronischen Gehäusen. Seine gute Gasdurchlässigkeit macht es für das gasunterstützte Spritzgießverfahren praktisch.

PP

Polypropylen (PP) wird in der Automobil- und Verpackungsindustrie eingesetzt. Seine gute thermische Stabilität und Fließfähigkeit ermöglichen die Formung komplexer Teile in hohlen Strukturen und erhöhen seine Festigkeit. Die gute chemische Beständigkeit von Polypropylen macht es für chemisch raue Umgebungen geeignet.

PA

Polyamid (Nylon) ist bei GAIM wegen seiner hohen mechanischen Festigkeit und Hitzebeständigkeit von entscheidender Bedeutung. Mit dem GAIM-Verfahren lassen sich effektiv Automobilteile herstellen, und seine Anwendung erstreckt sich auch auf medizinische, industrielle und elektrische Komponenten. Es erfordert jedoch eine wirksame Kontrolle und weist gelegentlich eine hohe Viskosität auf.

PC

Polycarbonat (PC) ist ein wichtiges Material für die Herstellung hochwertiger GAIM-Teile. Der Schwerpunkt des GAIM-Verfahrens liegt auf Dimensionsstabilität, Widerstandsfähigkeit, Schlagfestigkeit und Transparenz. Die Kohlenstoffstruktur ist Teil des Gesamtprodukts. Aufgrund seiner hohen thermischen Stabilität und Festigkeit eignet es sich für Teile in Hochtemperaturumgebungen. Außerdem ist es gasdurchlässig, was es für das GAIM-Verfahren nützlich macht. Dennoch ist eine wirksame Preiskontrolle erforderlich, um etwaige Mängel zu vermeiden.

PS

GAIM weist eine effektive Leistung und Kompatibilität mit dem wichtigen Material Polystyrol (PS) auf. Konstrukteure setzen PS in ihren Systemen ein, um Kosten zu sparen, wenn es am wichtigsten ist. Zu den Materialeigenschaften von PS gehören geringe Festigkeit, Hitzebeständigkeit und einfache Herstellungseigenschaften.

PE

Polyethen (PE) wird in der gasunterstützten Spritzgusstechnik zur Herstellung verschiedener industrieller Komponenten und Behälter verwendet. Dieses Material ist fließfähig, chemikalienbeständig und hält Stößen wirksam stand. Trotz seiner guten Eigenschaften während der Anwendung weist PE eine geringere Hitzebeständigkeit auf als andere Materialien des GAIM-Verfahrens.

Technische Kunststoffe

Technische Kunststoffe sind eine Gruppe von Werkstoffen, die unter einer einzigen Bezeichnung zusammengefasst werden. Die drei Materialien, aus denen die technischen Kunststoffe bestehen, sind PEEK, PEI und PPS. Diese Polymere bieten aufgrund ihrer bemerkenswerten mechanischen Eigenschaften und ihrer soliden chemischen und thermischen Eigenschaften wesentliche Funktionen. Aufgrund dieser Eigenschaften sind Luft- und Raumfahrtunternehmen, Hersteller medizinischer Geräte und Automobilhersteller potenzielle Anwender. Die Herstellung der Materialien erfordert modernste Formsysteme, die derzeit auf dem Markt erhältlich sind.

Vorzüge und Nachteile des gasunterstützten Spritzgießens

Verdienste

• Komplexe Teilekonstruktion: Die Gasinjektion durch die Form bildet Strukturelemente, einschließlich Hohlräume und Kanäle. Die Lösung für die Hohlräume und Rippen wird im Spritzgussverfahren hergestellt. Das System ermöglicht die Herstellung komplizierter Formen, die zu fortschrittlichen funktionalen Ergebnissen führen. Darüber hinaus ermöglicht das Verfahren ein flexibles und ästhetisches Design sowie die Flexibilität und Ästhetik komplizierter und anspruchsvoller Multifunktionalität von Teilen in denselben Fertigungsschritten.
• Kleinere Materialien zum Entwerfen: Der Hohlkern beim gasunterstützten Spritzgießen verbraucht weniger Material als das Standard-Spritzgießen. Mehr als 20 bis 40 Prozent des Materials werden nicht verwendet. Das geringere Volumen ist für die Teile von entscheidender Bedeutung, da es den 20- bis 40-prozentigen Verschnitt und die Überfüllung der Form reduziert. Die Hersteller profitieren von den geringeren Materialkosten, wodurch ein wirtschaftlicher Prozess entsteht.
• Gewichtsreduzierung: Das gasunterstützte Verfahren ist entscheidend für die Herstellung leichter Teile, die ihre strukturelle Integrität behalten. Beim gasunterstützten Spritzgießen ist der Hohlraum in der Mitte entscheidend für gasunterstützte Türverkleidungen, Kühlschranktabletts und Flugzeughersteller Diese Produkte sind leichter, und Leichtigkeit trägt zu einer besseren Gesamtleistung bei. Ein geringeres Gewicht ist für den Transport entscheidend und erhöht die Gesamtwirtschaftlichkeit.
• Verbesserte Oberflächengüte: Der gesamte Gasdruck verstärkt die Fehlerreduzierung während des Gießens. Einfallstellen, Fließlinien und Lufteinschlüsse sind häufige Fehler beim Gießen. Die Oberflächenqualität erreicht einen glatten und gleichmäßigen Zustand, da formbare Teile ein ausgezeichnetes Aussehen benötigen. Kleinere Oberflächenfehler müssen nur minimal nachbearbeitet werden, was Zeit und Produktionskosten spart.

Nachteile

• Lange Zykluszeit: Das gasunterstützte Spritzgießverfahren erfordert mehr Schritte, einschließlich zusätzlicher Gasinjektion und Kühlung, wodurch sich der Zeitrahmen verlängert. In einigen Bereichen kann das Verfahren wettbewerbsfähig sein. Der zusätzliche Zeitaufwand ist jedoch aufgrund der zusätzlichen Schritte eine Herausforderung. In Hochgeschwindigkeits-Produktionsumgebungen haben andere Faktoren als das Verfahren Vorrang, da sie die Produktionsgeschwindigkeit nicht beeinflussen. Die Technik funktioniert weniger gut, wenn eine schnelle Produktionsdauer die Hauptanforderung ist.
• Beschränkungen, die die anwendbaren Materialien auf eine bestimmte Gruppe beschränken: Produkte aus Materialien, die sich der Gasübertragung widersetzen und schlechte Fließeigenschaften aufweisen, werden bei der Herstellung problematisch. Sie behindern den Gasinjektionsprozess und dessen Erfolg. Materialien, die eine hohe Viskosität aufweisen, können für eine unvollständige Formfüllung verantwortlich sein. Sie können auch für unvollständige Füllung und unsachgemäße Gasverteilung verantwortlich sein. Das fertige Produkt weist dann erhebliche Mängel auf. Die Hersteller müssen für ihre Produkte praktikable Materialoptionen wählen. Die durch Gasformen betriebenen Herstellungsprozesse erfordern Materialien, die für diese Verfahren geeignet sind, was zu einer eingeschränkten Materialauswahl führt.

Schlussfolgerung

Das gasunterstützte Spritzgießen ist eine flexible Fertigungstechnik, die hervorragende Ergebnisse liefert. Es bietet enorme Vorteile gegenüber dem Standardspritzgießverfahren, vor allem aufgrund des geringen Gewichts der Materialien und der hohen Qualität der Produkte. Die Einführung des Gasinnendruckspritzgießens in die Hohlkerne der geschmolzenen Teile ist für die Hersteller von entscheidender Bedeutung. Um mögliche Probleme bei der Produktion zu minimieren, müssen Preismanagementsysteme effektiv eingesetzt werden. Polystyrol (PS) ist ein wichtiges Material, das mit GAIM effektiv funktioniert. GAIM wird unentbehrlich, wenn neben dem Prioritätenmanagement auch Einsparungen erforderlich sind. PS verfügt über drei Haupteigenschaften: einfache Verarbeitbarkeit, geringe Festigkeit und gute Hitzetoleranz. Schlüsselindustrien wie die Automobilindustrie, die Medizintechnik, die Luft- und Raumfahrt und die Konsumgüterindustrie sind von entscheidender Bedeutung und profitieren von der Einbindung des gasunterstützten Spritzgießens.