Moderne Spritzgusstechnik unterstreicht die „Alles-aus-einem-Guss“-Mentalität

Produzenten und Konsumenten sind sich heutzutage gar nicht so unähnlich. Konsumenten wünschen sich Produkte „aus einem Guss“ bzw. Service „aus einer Hand“. Und Produzenten verschlanken Produktionsprozesse, wenn sie einzelne Produktionsschritte straffen und zusammenfassen.

Umstrukturierungen im Betrieb

Schlanke Prozesse sind häufig das Schlagwort, um Umstrukturierungen im Betrieb einzuläuten oder sich auf den Weg der Digitalisierung zu machen. In diesem Beitrag geht es jedoch um ein klassisches Industriehandwerk: Die Fertigung von Mikroteilen und zwar ganz ohne zeitraubende und fehlerhafte, manuelle Fertigungsschritte – sondern stattdessen mit Spritzgusstechnik, die ihrem Namen und dem Motto „wie aus einem Guss zu sein“ wahrlich alle Ehre macht.

Spritzgusstechnik ist ein traditionelles Verfahren

Spritzgusstechnik 2ist keine neue Erfindung. Ganz im Gegenteil. Spritzgießen ist eine Verarbeitungsform, die im Bereich der Kunststoffverarbeitung zu verorten ist. Das Prinzip ist simpel:

In der Spritzgießmaschine befindet sich der Werkstoff. Dieser (meist handelt es sich um Kunststoff) ist flüssig bzw. wird aus Pulver, Granulat oder Streifen verflüssigt. Mithilfe von Druck wird er ins das sogenannte Spritzgießwerkzeug, also die Form, die später entstehen soll, gepresst. Im Spritzgießwerkzeug ändert der Werkstoff erneut seinen Aggregatzustand. Durch Abkühlen, Erhitzen bzw. durch spezielle Reaktionen im Material wird dieses wieder fest. Ist diese Umwandlung erfolgt, kann das Werkzeug geöffnet und das darin befindliche Fertigteil entnommen werden.

Kaum einer denkt beim Blick auf einen Gartenstuhl an das dahinterliegende Produktionsverfahren – die moderne Spritzgusstechnik. (#1)

Je nachdem wie der Hohlraum des Werkzeugs aussieht, wird das Fertigteil am Ende aussehen. Auch die Oberflächenbearbeitung des Werkzeugs wird sich auf der Oberfläche des Fertigteils abzeichnen.

Das Spritzgießverfahren funktioniert übrigens binnen Sekunden. Werkzeug, Spritzeinheit und das Zusammenspiel beider Einheiten sorgen für eine Fertigung, die gerade einmal eine halbe Minute dauert. Möglich ist das, weil viele Einzelschritte in den Maschinen parallel laufen können:

Das Plastifizieren geht zum Beispiel mit dem Kühlen einher. Das Dekomprimieren erfolgt ebenfalls parallel zum Abkühlen des Fertigteils. Diese zeitgleiche Abfolge sorgt für eine größtmögliche Effizienz der Maschine – und des Fertigungsprozesses.

Fertigteile nach dem Spritzgussverfahren

Wer an fertige Spritzgussteile denkt, der wandert Gedanken zum wohl beliebtesten Kinderspielzeug: dem Lego-Baustein. Dieser ist – ebenso wie die Menschen aus dem Playmobilland – jedoch nur ein kleines Teil, das via Spritzgussverfahren gefertigt wird. Nicht nur winzig kleine Produkte lassen sich so fertigen, sondern sogar Fertigteile, die weit über 100 Kilogramm wiegen oder so sperrig sind wie ein Gartenstuhl.

Der Vorteil der Fertigung ist die Automatisierung des Prozesses und die Möglichkeit, große Stückzahlen zu produzieren. Das macht diese Produktionsweise vergleichsweise kostengünstig und damit auch interessant für Betriebe. Der größte Investitionsfaktor liegt in der Spritzgussmaschine. Zudem muss ein Profi ans Werk, wenn es um die Anfertigung der Werkzeuge geht. Diese anzufertigen, bedeutet zunächst Tüftelarbeit. Denn nur, wenn das Werkzeug perfekt gefertigt wurde, kann auch ein perfekt geformtes Fertigteil die Spritzgussmaschine verlassen.

Auch beim Blick aufs Armaturenbrett eines Autos zeigt sich: Um diese exakten Formen anzufertigen, waren einige oderne Spritzgusswerkzeuge im Einsatz. (#2)

Damit eine Werkzeug-Herstellung sich rechnet, müssen anschließend mehrere tausend Fertigteile in dieser Form gefertigt werden. Das erklärt auch, warum Einzelanfertigungen und Sonderwünsche sich immer auf den Preis niederschlagen: Jede Einzelanfertigung bedeutet im schlechtesten Fall Handarbeit. Im günstigsten Fall kann ein bestehendes Werkzeug dupliziert und angepasst werden. Der Werkzeugmacher wird im Übrigen nicht nur einmalig gebraucht, sondern auch um neue Produkte zu fertigen und um aufgebrauchte Werkzeuge zu erneuern. Nach einigen Millionen Fertigteilen ist dies in der Regel der Fall.

Wo sich die Fertigteile finden lassen?

• in der Automobilindustrie
• bei Haushalts- und Gartengeräten
• im medizinischen Bereich
• im Spielwarenbereich
• bei Büroartikeln
• im Sport- und Freizeitequipment
• im Elektrobereich

Die Spritzgusstechnik entwickelt sich

Wie weit sich die Spritzgusstechnik weiter entwickelt, zeigt ein Blick auf die Produkte, die daraus gefertigt werden. Eine Zahnbürste beispielsweise kann im Spritzgussverfahren gefertigt werden. Dieses Beispiel macht deutlich, dass es möglich ist, verschiedene Oberflächen via Spritzgussverfahren zu fertigen, Strukturen in die Oberfläche einzuarbeiten und sogar mit unterschiedlichen Farben zu arbeiten. So kommt die fertige Zahnbürste direkt in einem Verfahrensschritt aus der Spritzgussmaschine – unterschiedliche Farben und unterschiedliche Oberflächen inklusive. Weitere Anwendungsbereiche lassen sich hier im Detail nachlesen.

Ganz egal, ob ein- oder zweifarbig, für Kinder oder Erwachsene: Selbst Zahnbürsten lassen sich mit der modernen Spritzgusstechnik fertigen. (#3)

Varianten der Spritzgusstechnik

Im Kunststofflexikon ist der Verfahrensablauf ganz grundsätzlich so beschrieben: „Die Aufgabenstellung einer Spritzgießmaschine nach DIN 24 450 umfasst die diskontinuierliche Herstellung von Formteilen aus vorzugsweise makromolekularen Formmassen, wobei das Urformen unter Druck geschieht.“ Die grafische Darstellung des Spritzgussverfahrens sowie des Maschinenaufbaus ist ebenfalls dort zu finden.

Das bekannteste Verfahren ist das thermoplastische Spritzgussverfahren. Verflüssigt wird dabei ein Granulat. Auch die Pulverform ist denkbar. Elastomere gibt es meist in Form von Streifen. Nur wenn genügend Granulat vorhanden ist und in flüssige Form gebracht wird, erfolgt der Druckaufbau, der das flüssig gewordene Granulat in das eingangs beschriebene Werkzeug presst. Gegebenenfalls muss noch Material nachgepresst werden, um das Werkzeug komplett zu füllen und die gewünschte Fertigteil-Form zu erhalten. Das Fertigteil wird entnommen und könnte sogar nachbearbeitet werden.

Eine andere Produktionsvariante ist das Duroplast-Verfahren. Der Unterschied liegt in der Aushärtungsphase. Das Material, das beim Duroplast-Verfahren Anwendung findet, härtet bei Hitze aus. Das heißt in der Folge aber auch, dass der eigentliche Einspritzprozess bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen erfolgt. Flüssigsilikon ist ein gern genutzter Werkstoff für dieses Fertigungsverfahren. Damit ist wahre Präzisionsarbeit möglich.

Spezielle Produkte erfordern spezielle Fertigungsverfahren

Die bisher vorgestellten Fertigungsschritte laufen bei der Standardfertigung in eben dieser Reihenfolge ab. Darüber hinaus gibt es noch weitere Spritzgussverfahren, die angewendet werden, um spezielle Teile zu fertigen.

Gerade für die Fertigung von Kinder Spielzeug eignet sich die moderne Spritzgusstechnik besonders gut. (#4)

Das Spritzgießen im Reinraum findet beispielsweise dann Anwendung, wenn bereits während der Fertigung des Fertigteils das Produkt vor Verunreinigungen geschützt werden muss. Im Fachjargon heißt das: Es wird bereits bei der Fertigung auf eine „partikelarme Umgebung“ geachtet. Anwendung findet dieses Verfahren vor allem in der Pharma- und Medizintechnik. Doch auch Optik und Optoelektronik, die Lebensmittelbranche sowie Kosmetik und Chiptechnik erfreuen sich an den Vorteilen, die das Spritzgießen im Reinraum bietet. Die EN ISO 14644 sowie eine Reihe anderer Regelwerke bilden die Grundlage des Spritzgießens im Reinraum.

Das Mehrkomponentenspritzgießen ist eine weitere, besondere Fertigungsform des Spritzgussverfahrens. Darunter fallen – unter anderem – diese zwei häufig verwendeten Fertigungswege. Das Verfahren, bei dem ein Fertigteil noch einmal in einem zweiten Verfahrensschritt „überspritzt“ wird, heißt im Fachjargon Overmolding-Verfahren. Möglich wird dieses Mehrspritzverfahren durch zwei getrennte Spritzaggregate. Häufig werden die Geräte für den Spezialeinsatz gefertigt. Zum Einsatz kommt dieses Verfahren in diesen Fällen:

• Bei der Fertigung von Tasten mit unterschiedlichen Symbolen.
• Bei Kosmetik-Verschlusskappen.
• Bei der Fertigung von Scharnieren.
• Bei speziellem Spielzeug (z.B. Puppen) mit beweglichen Teilen.
• Bei Verbindungen aus harten und weichen Kunststoffen (z.B. Laufrollen).

Das zweite Mehrkomponentenspritzgussverfahren, das Sandwichmolding-Verfahren, sagt bereits mit seinem Namen aus, was dabei passiert: Um einen Kern herum liegt eine Haut. Weitere spezielle Verfahrensvarianten des Mehrkomponentenspritzgießens zeigt ein Blick ins Maschinenbau-Wissen.

Auch die bei Kindern beliebte Lego-Welt wäre ohne die moderne Spritzgusstechnik undenkbar. (#5)

Eine weitere Sonderform ist das sogenannte Spritzprägen. Der Unterschied der Produktion liegt in der Nachdruckphase. Anstatt Material nachzudrücken, steht beim Spritzprägen an dieser Stelle ein Prägevorgang, ein sogenannter Verdrängungsprozess. Eingesetzt wird dieses Fertigungsverfahren dann, wenn Fertigteile ohne Spannungen herzustellen sind. Spritzprägen ist möglich als großflächiges Spritzprägen, als partielles Prägen und als passives Prägeverfahren.

Die Vorteile des Verfahrens auf einen Blick

Allen Spritzgussvarianten sind diese Vorteile gemein:

• Das gewünschte Material nimmt den direkten Weg vom Rohstoff zum fertigen Bauteil.
• Das Verfahren der Spritzgusstechnik ist voll automatisierbar, was den Ansprüchen moderner Unternehmensführung in die Karten spielt.
• Die Fertigteile lassen sich höchst präzise fertigen. In punkto Qualität bringt das große Vorteile mit sich.
• Eine Nachbearbeitung ist nicht nötig, wenn das Werkzeug aus versierter, kompetenter Hand stammt.

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