Das Vakuumgussverfahren ist ein vielseitiges Fertigungsprozess, das hauptsächlich zur Herstellung von hochwertigen Prototypen und Kleinserienkomponenten in verschiedenen Branchen eingesetzt wird.Dieser Leitfaden gibt einen detaillierten Überblick über die Grundprinzipien, Schlüsselprozesse, Konstruktionsüberlegungen, Anwendungen und wie es mit anderen Herstellungsmethoden verglichen wird.
Einführung in das Vakuumgussverfahren
Vakuumguss, auch bekannt als Polyurethanguss oder Urethanguss, ist eine Fertigungstechnik, bei der Vakuum verwendet wird, um flüssiges Material in eine Silikonform zu ziehen.Dieses Verfahren wird besonders wegen seiner Fähigkeit geschätzt, Teile mit hervorragender Oberflächenveredelung herzustellen, feine Details und mechanische Eigenschaften, die denen von Spritzgussteilen sehr ähneln.bietet eine kostengünstige Lösung für die geringe Produktionsmenge ohne die hohen Werkzeugkosten, die mit der Spritzgießerei verbunden sind.
Das Verfahren ist besonders nützlich für die Herstellung von Teilen mit komplexen Geometrien und komplizierten Details, die mit traditionellen Methoden schwierig oder teuer sein könnten.Es unterstützt eine Vielzahl von Materialeigenschaften, einschließlich verschiedener Farben, Oberflächenbearbeitungen und mechanischer Eigenschaften.
Grundsätzliche Grundsätze und Arten des Vakuumgusses
Das Kernprinzip des Vakuumgussens besteht darin, Luft aus der Formhöhle durch einen negativen Druck (Vakuum) zu entfernen, wodurch flüssiges Material komplizierte Details füllen kann, ohne dass Luft eingeschlossen wird.Dies gewährleistet eine hochgenaue Wiedergabe des Musters.
Es gibt zwei Haupttypen von Vakuumguss, je nach Medium und Anwendung:
Metallvakuumguss:Dazu gehört das Schmelzen und Gießen von Metall in einer Vakuumumumgebung, um den Gasgehalt zu minimieren und Oxidation zu verhindern.Es ist entscheidend für die Herstellung von hochwertigen Speziallegierungstahlguss und leicht oxidierenden TitanlegierungsgussZu den gängigen Verfahren gehören Vakuumsaugguss und Vakuumdruckguss.
Polymer-/Silicon-Form-Vakuumguss:Dies ist häufiger für Prototypen und kleine Chargen. Es verwendet eine Silikonform, die aus einem Mastermuster (oft 3D gedruckt oder CNC-bearbeitet) erstellt wurde.Flüssiges Polyurethan (PU) Harz wird dann unter Vakuum in die Form gegossen, um das Teil zu replizieren.
Das Vakuumgussverfahren: Schritt für Schritt
Der Prozess des Polymervakuumgusses umfasst typischerweise folgende Schlüsselschritte:
- Master-Pattern-Erstellung: Ein hochpräzises Master-Modell des Teils wird in der Regel mit CNC-Bearbeitung oder 3D-Druck (z. B. SLA, SLS) -Technologien hergestellt.Dieses Muster muss eine einwandfreie Oberflächenqualität aufweisen, da es direkt auf das endgültige Gussteil wirkt.
- Formgebung (Silicone Tooling): Das Hauptmuster wird in einen Gießrahmen gelegt. Flüssiges Silikonkautschuk wird über das Muster gegossen und zu einer flexiblen Form gearbeitet.Die Silikonform wird sorgfältig aufgeschnitten, um das Hauptmuster zu entfernen, wobei ein präziser negativer Hohlraum zurückbleibt.
- Harzvorbereitung und Gießerei: Ein zweiteiliges Polyurethanharz (PU) wird anhand der gewünschten Materialeigenschaften (z. B. Steifigkeit, Flexibilität, Transparenz, Farbe) ausgewählt.häufig entgasen, um Luftblasen zu entfernen, und dann in die Silikonform des Gießgates gegossen.
- Vakuum-Anwendung: Die gesamte Formmontage wird in eine Vakuumkammer gelegt.Sie erzeugen eine negative Druckumgebung, die das Harz in die komplizierten Details der Form zieht und Luftverstopfung verhindert, um eine vollständige Füllung sicherzustellen.
- Haltbarmachung: Die gefüllte Form wird in einen Ofen gebracht, wo die Hitze den Haltbarmachungsprozess des Harzes beschleunigt und das Teil verfestigt.
- Demolding und Veredelung: Nach dem Aushärten wird die Silikonform geöffnet und der Endteil entfernt.mit einer Breite von mehr als 20 mm,.
| Schritt | Beschreibung | Wesentliche Überlegungen |
| Schöpfung von Mustern | Herstellung eines Mastermodells mittels CNC- oder 3D-Druck. | Eine hohe Oberflächenbeschaffenheit und Genauigkeit sind von entscheidender Bedeutung. |
| Schimmelbildung | Eine Silikonform um das Muster herum. | Die Silikonwahl beeinflusst die Lebensdauer der Schimmelpilze und die detaillierte Aufnahme. |
| Gießerei aus Harz | Vorbereitetes PU-Harz unter Vakuum in die Form gießen. | Das Vakuum beseitigt Blasen für defektefreie Teile. |
| Heilen | Die Form erwärmen, um das Harz zu verfestigen. | Zeit und Temperatur hängen vom verwendeten Harz ab. |
| Entformung | Entfernen des gehärteten Teils aus der Silikonform. | Man muß darauf achten, daß die Form oder das Teil nicht beschädigt wird. |
Wichtige Konstruktionsüberlegungen für Vakuumguss
Bei der Konstruktion von Bauteilen für das Vakuumgusswerk müssen mehrere Faktoren berücksichtigt werden, um Qualität und Fertigbarkeit zu gewährleisten:
- Entwurfwinkel: Einbeziehen Sie leichte Entwurfwinkel (typischerweise 1-3°) an vertikalen Wänden, um eine einfachere Demoldung zu erleichtern und Schäden an dem Teil oder der Silikonform zu vermeiden.
- Unterschnitte: Während flexible Silikonformen einige Unterschnitte aufnehmen können, können komplexe oder schwere Unterschnitte die Demoldung erschweren und die Lebensdauer der Form verkürzen.Eine sorgfältige Planung oder Formsegmentierung kann erforderlich sein.
- Wandstärke: Die Wandstärke sollte so weit wie möglich gleichmäßig gehalten werden, um eine gleichmäßige Kühlung zu gewährleisten und Fehler wie Verformungen oder Sinkspuren zu vermeiden.
- Teilegröße und Volumen: Vakuumguss eignet sich im Allgemeinen für kleine bis mittlere Teile.Die praktische Größengrenze wird häufig durch die Kapazität der Vakuumkammer und die Verfügbarkeit von Ausrüstung bestimmt..
- Füllung und Entlüftung von Schimmelpilzen: Entwerfen Sie die Geometrie des Teils und planen Sie die Standorte für das Tor (wo das Harz eintritt) und die Entlüftung (wo die Luft entweicht), um einen reibungslosen und vollständigen Harzfluss in alle Schimmelbereiche zu gewährleisten.
Vorteile und Grenzen des Vakuumgusses
Das Verständnis der Vor- und Nachteile des Vakuumgusses ist entscheidend für die Auswahl des richtigen Herstellungsprozesses.
Vorteile:
- Hohe Qualität und Detaillierung: Erzeugt Teile mit hervorragender Oberflächenveredelung, feinen Details und guten mechanischen Eigenschaften, die die Endproduktionsmaterialien genau nachahmen.
- Kosteneffizienz für geringe Mengen: Ideal für kleine Chargen (normalerweise 15-25 Teile pro Form) ohne die hohen Kosten von Metallformen, die beim Spritzgießen verwendet werden.
- Materialvielfalt: Es gibt eine Vielzahl von Polyurethanharzen, die die Eigenschaften verschiedener Kunststoffe (ABS, PP, PC), Gummi oder sogar transparenter Materialien wie PMMA simulieren.
- Schnelle Prototypenfertigung: Schnelleres Umschalten im Vergleich zu traditionellen Herstellungsmethoden wie Spritzguss, wodurch schnelle Design-Iterationen und -validierung ermöglicht werden.
Einschränkungen:
- Begrenzte Schimmellebensdauer: Silikon-Formen verschlechtern sich mit der Verwendung und produzieren typischerweise etwa 15-25 hochwertige Teile, bevor ein Ersatz erforderlich ist, was sie für eine sehr große Produktionsmenge ungeeignet macht.
- Materialbeschränkungen: PU-Harze sind zwar vielseitig, aber ihre Wärme- und chemische Beständigkeit entspricht möglicherweise nicht immer der der in der Spritzgießerei verwendeten thermoplastischen Werkstoffe.
- Größenbeschränkungen: Die Größe der Teile ist durch die Abmessungen der Vakuumkammer und die Kapazität der verfügbaren Ausrüstung begrenzt.
- Erste Vorlaufzeit: Die Erstellung des Mastermusters und der Silikonform erhöht die Anfangszeit, bevor das Gießen beginnen kann.
| Ausrichtung | Vakuumguss | Spritzgießerei | 3D-Druck (SLA/SLS) |
| Am besten für | Niedrigvolumige Chargen, hochwertige Prototypen | Massenproduktion | sehr geringe Volumen, komplexe Geometrien |
| Werkzeugkosten | Niedrig (Silicon-Form) | Hoch (Stahl/Aluminium-Formen) | Keine |
| Teilkosten (niedriges Vol.) | Niedrig | Hoch | Mittelfristig |
| Teilkosten (hohe Vol.) | Unpraktisch | Sehr niedrig | Mittlere bis hohe |
| Auswahl des Materials | Gut (Variante von PU-Harzen) | Ausgezeichnet (weite Palette von Thermoplasten) | Begrenzt (polymerabhängig) |
| Vorlaufzeit | Mittelfristig | Lang (für Werkzeuge) | Kurz |
| Oberflächenveredelung | Ausgezeichnet. | Ausgezeichnet. | Von gut bis sehr gut |
Anwendungen des Vakuumgusses in verschiedenen Industriezweigen
Das Vakuumgusswerk wird in verschiedenen Sektoren wegen seiner Vielseitigkeit und seiner Fähigkeit, funktionelle und ästhetisch ansprechende Teile herzustellen, weit verbreitet.
Produktdesign und Prototyping: Umfangreich für die Erstellung von funktionalen Prototypen zur Designverifizierung, Benutzerprüfung und Marktvalidierung verwendet, bevor sie sich auf teure Produktionswerkzeuge verpflichten.
Automobilindustrie: Produziert langlebige, leichte Komponenten für Tests, Konzeptmodelle und die Produktion von kleinen Chargen von Innenräumen, Gehäusen und funktionalen Teilen.
Luft- und Raumfahrtsektor: Herstellung von hochpräzisen Teilen mit ähnlichen Materialeigenschaften wie Endprodukte, die für Prüfungen und spezielle Anwendungen in geringer Stückzahl verwendet werden.
Medizinische Geräte: Erstellt biokompatible und sterilisierbare Komponenten für Prototypen, Tests und eine begrenzte Kleinproduktion, einschließlich Gerätegehäuse und chirurgische Leitfäden.
Consumer Electronics and Goods: Ideal für die Herstellung von Konzeptmodellen und Endverwendungsteilen mit hohen ästhetischen Anforderungen an Elektronik, Geräte und andere Konsumgüter.
Zukunftstrends und Innovationen im Vakuumguss
Die Vakuumgusslandschaft entwickelt sich mit mehreren Trends weiter:
Weiterentwickelte Materialien: Weiterentwicklung neuer PU-Harze mit verbesserten Eigenschaften, wie höhere Wärmeablenkungstemperaturen, verbesserte UV-Stabilität, größere Biokompatibilität,und spezielle Eigenschaften wie Flammschutz.
Automatisierung und Prozesssteuerung: Erhöhte Integration von Automatisierungssystemen für Harzmischen, Gießen und Demolding zur Verbesserung der Effizienz, Konsistenz und Reduzierung der Arbeitskosten.
Nachhaltigkeit: Ein wachsender Fokus auf die Verwendung umweltfreundlicherer Materialien und Verfahren, einschließlich recycelbarer oder biobasierter Harze und Strategien zur Verlängerung der Lebensdauer von Schimmelpilzen oder zum Recycling von Silikon.
Hybride Produktion:Kombination von Vakuumguss mit anderen Technologien wie 3D-Druck zur Erstellung komplexer Muster oder Einfügen von 3D-gedruckten Komponenten direkt in Gusseinheiten für zusätzliche Funktionalität.
