Herstellung von Silikonteilen: Formpressen vs. LSR-Spritzguss – Kunshan Fuhongying Electronic Materials Co., Ltd.

Silikonteile können mit verschiedenen Formverfahren hergestellt werden, doch das Formpressen und das Spritzgießen von Flüssigsilikonkautschuk sind zwei der am häufigsten verwendeten Verfahren.

Mit beiden Verfahren lassen sich zuverlässige Silikonkomponenten herstellen, darunter Dichtungen, Ventile, Membranen, Verschleißteile, Babypflegeprodukte, medizinische Komponenten, Elektronikteile und industrielle Baugruppen. Sie unterscheiden sich jedoch erheblich hinsichtlich Werkzeugen, Rohstoffen, Automatisierung, Maßhaltigkeit, Produktionsgeschwindigkeit, Komplexität der Teile und Gesamtfertigungskosten.

Die Wahl des falschen Verfahrens kann zu unnötigen Werkzeugkosten, langen Zykluszeiten, übermäßigem Grat, instabilen Maßen oder höheren Stückkosten führen.

Dieser Leitfaden vergleicht das Silikon-Formpressverfahren mit dem LSR-Spritzgussverfahren, um Beschaffungsingenieuren und Produktentwicklern bei der Auswahl des am besten geeigneten Verfahrens für ein kundenspezifisches Silikonprojekt zu helfen.

Was ist Silikon-Formpressen?

Beim Silikon-Formpressverfahren wird eine abgemessene Menge an festem Silikonkautschuk verwendet, der gemeinhin als „High-Consistency-Rubber“ (HCR) bezeichnet wird.

Das Silikonmaterial wird in einer bestimmten Masse oder Form vorbereitet und manuell oder automatisch in eine offene, beheizte Form gegeben. Die Form schließt sich und übt Druck aus, wodurch das Silikon in den Formhohlraum fließt.

Durch Wärme und Druck wird das Material in die gewünschte Bauteilgeometrie ausgehärtet.

Ein typischer Formpressprozess umfasst:

Anmischen der Silikonmasse
Zugabe von Pigmenten oder erforderlichen Zusatzstoffen
Zuschneiden oder Vorformen des Materials
Einfüllen des Materials in die Form
Schließen und Aufheizen der Form
Aushärten des Silikons
Öffnen der Form
Entnahme des Formteils
Beseitigung von Graten
Prüfung und Verpackung des Bauteils

Das Formpressverfahren wird häufig für einfache oder mäßig komplexe Silikonbauteile gewählt, insbesondere wenn das jährliche Produktionsvolumen die Anschaffung einer teureren Spritzgussform nicht rechtfertigt.

Was ist LSR-Spritzguss?

Beim Spritzgießen mit flüssigem Silikonkautschuk kommt ein Zweikomponenten-System aus flüssigem Silikon zum Einsatz.

Die beiden Komponenten werden getrennt gelagert und einem Dosiersystem zugeführt. Die Anlage dosiert, mischt und spritzt sie in eine beheizte Form. Das LSR härtet in der Form schnell aus und wird anschließend automatisch oder manuell entnommen.

Ein typischer LSR-Spritzgussprozess umfasst:

Lieferung der beiden LSR-Komponenten
Dosierung der Komponenten im erforderlichen Mischungsverhältnis
Zugabe von Pigmenten oder Zusatzstoffen
Das Material mischen
Einspritzen in eine geschlossene, beheizte Form
Aushärten des Silikons
Öffnen der Form
Das Teil auswerfen oder entfernen
Prüfung und Verpackung des Bauteils

Das LSR-Spritzgießen eignet sich besonders für die Großserienfertigung, komplexe Geometrien, dünne Wandstärken, präzise Dichtungselemente und die automatisierte Fertigung.

Hauptunterschied zwischen Formpressen und LSR-Spritzguss

Der wichtigste Unterschied besteht darin, wie das Silikon in die Form gelangt.

Beim Formpressen wird ein vorgeformtes Stück aus festem Silikon direkt in den Formhohlraum eingelegt, bevor die Form geschlossen wird.

Beim LSR-Spritzgießen wird flüssiges Silikon über ein Anguss- und Einlaufsystem in eine vollständig geschlossene Form eingespritzt.

Dieser Unterschied wirkt sich aus auf:

Werkzeugbau
Materialfluss
Zykluszeit
Blitzsteuerung
Automatisierung
Maßhaltigkeit
Personalbedarf
Komplexität der Bauteile
Produktionsvolumen
Stückkosten

Keines der beiden Verfahren ist grundsätzlich besser. Die richtige Wahl hängt von der Konstruktion der Bauteile und den wirtschaftlichen Anforderungen ab.

Vergleich der Rohstoffe

Formgepresstes Silikon

Beim Formpressen wird üblicherweise HCR-Silikon verwendet.

HCR hat eine gummiartige Konsistenz und muss vor dem Formen gemischt, zugeschnitten oder vorgeformt werden.

Es ist in vielen Darreichungsformen erhältlich, darunter:

Allzweck-Silikon
Silikon mit hoher Reißfestigkeit
Hochtemperatur-Silikon
Elektrisch leitfähiges Silikon
Flammhemmendes Silikon
Silikon für den Kontakt mit Lebensmitteln
Medizinisches Silikon
Fluorsilikon
Silikonschwamm
Farbige Silikonmischungen

HCR lässt sich zudem extrudieren oder im Transferformverfahren verarbeiten, was es zu einer flexiblen Materialplattform für verschiedene Fertigungsverfahren macht.

Flüssiges Silikonkautschuk

LSR wird als zwei flüssige Komponenten geliefert, die nach kontrollierter Vermischung und Erwärmung aushärten.

Zu den allgemeinen Vorteilen von LSR-Werkstoffen zählen:

Stabile Dosierung
Guter Fluss in dünne Strukturen
Gleichmäßiges Mischen
Optionen mit hoher Reinheit
Schnelle Aushärtung
Automatisierte Verarbeitung
Gute Wiedergabe feiner Details
Eignung für das Insert-Molding
Eignung für das Kunststoff-Umspritzen

LSR findet breite Anwendung in medizinischen Geräten, der Automobilelektronik, Steckverbindern, Unterhaltungselektronik, Babyartikeln und Präzisionsdichtungskomponenten.

Werkzeugkosten

Werkzeuge für das Formpressverfahren

Formpresswerkzeuge sind in der Regel einfacher aufgebaut als LSR-Spritzgussformen.

Möglicherweise sind folgende Unterlagen erforderlich:

Formnester
Heizkanäle
Ausrichtungsfunktionen
Blitzrillen
Entlüftung
Zugang für den manuellen Ausbau von Bauteilen

Formpressen weisen oft geringere anfängliche Werkzeugkosten auf, da sie nicht immer komplexe Kaltkanalsysteme, Präzisionsangusskanäle oder automatische Auswerfer erfordern.

Dies kann das Formpressverfahren attraktiv machen für:

Prototypen
Kleinserienfertigung
Mittelgroße Serienfertigung
Große Silikonteile
Einfache Dichtungen
Produkte mit ungewisser zukünftiger Nachfrage
Projekte mit begrenztem Werkzeugbudget

Geringere Werkzeugkosten bedeuten jedoch nicht automatisch niedrigere Gesamtprojektkosten. Höhere Arbeitskosten und längere Zykluszeiten können dazu führen, dass das Formpressverfahren bei größeren Stückzahlen teurer wird.

LSR-Spritzgussformen

LSR-Spritzgussformen sind in der Regel komplexer und erfordern eine höhere Fertigungspräzision.

Dazu können gehören:

Kaltkanalsysteme
Präzisions-Nadelverschlüsse
Beheizte Kammern
Vakuumsysteme
Dicht schließende Dichtflächen
Automatischer Auswurf
Roboter-Handhabungsschnittstellen
Einlege-Ladesysteme
Erweiterte Entlüftung
Trennkanten mit geringer Ausblühbildung

Die anfänglichen Investitionen in Werkzeuge sind in der Regel höher, doch der Prozess kann in der Massenproduktion zu einem geringeren Arbeitsaufwand und kürzeren Durchlaufzeiten führen.

Der Einsatz von LSR-Werkzeugen ist häufig dann gerechtfertigt, wenn:

Die jährliche Nachfrage ist hoch
Die Komponente ist technisch komplex.
Es ist eine gleichbleibende Konsistenz erforderlich
Automatisierung ist wichtig
Das Bauteil weist dünne Wände oder kleine Details auf
Flash muss streng kontrolliert werden
Das Produkt hat eine lange Lebensdauer

Produktionsvolumen

Das Produktionsvolumen ist einer der wichtigsten Faktoren bei der Entscheidung zwischen den beiden Verfahren.

Formpressen für kleinere Stückzahlen

Das Formpressen ist bei folgenden Projekten oft wirtschaftlicher:

Geringe Jahresmengen
Unregelmäßige Bestelltermine
Mehrere benutzerdefinierte Versionen
Kurze Produktlebenszyklen
Abmessungen großer Bauteile
Begrenzte Budgets für Werkzeuge

Die geringere Anfangsinvestition kann das Projektrisiko in der frühen Produktentwicklungsphase verringern.

LSR-Spritzguss für größere Stückzahlen

Das LSR-Spritzgießen ist in der Regel kostengünstiger, wenn das Produktionsvolumen hoch genug ist, um die Werkzeugkosten auf eine große Anzahl von Teilen zu verteilen.

Es eignet sich besonders gut für:

Kontinuierliche Massenproduktion
Automatisierte Fertigung
Mehrfachformwerkzeuge
Stabile, langfristig angelegte Programme
Produkte, die regelmäßig nachbestellt werden müssen
Leistungsstarke medizinische Produkte oder Konsumgüter

Die Gewinnschwelle hängt von der Teilegröße, der Anzahl der Kavitäten, der Zykluszeit, dem Arbeitsaufwand, dem Materialverbrauch, der Komplexität der Werkzeuge und der erwarteten Produktlebensdauer ab.

Beschaffungsteams sollten die Gesamtprojektkosten vergleichen, anstatt sich bei der Auswahl eines Verfahrens ausschließlich vom Preis der Werkzeuge leiten zu lassen.

Zykluszeit

Formzyklus beim Formpressen

Die Zykluszeiten beim Formpressen sind oft länger, da der Bediener vor jedem Zyklus das Material einfüllen muss.

Für folgende Fälle kann zusätzlicher Zeitaufwand erforderlich sein:

Vorformen des Materials
Öffnen der Form
Manuelles Laden
Entnahme des Formteils
Reinigung der Formoberfläche
Blitz abtrennen
Zuschneiden des Bauteils

Bei dicken Querschnitten oder großen Bauteilen kann sich die Aushärtungszeit ebenfalls verlängern.

LSR-Spritzzyklus

Das LSR-Spritzgießen ermöglicht in der Regel kürzere und gleichmäßigere Zykluszeiten.

Das Material wird direkt in die geschlossene Form eingespritzt, wodurch sich die manuelle Beschickungszeit verkürzt.

Die Zykluszeit lässt sich durch folgende Maßnahmen verbessern:

Schnelle Materialzufuhr
Schnelle Aushärtung
Mehrfachformen
Automatischer Auswurf
Robotergestützte Handhabung
Automatisierte Prüfung
Kaltkanalsysteme

Bei Projekten mit hohem Volumen kann eine Verkürzung der Durchlaufzeit die Stückkosten erheblich senken.

Arbeit und Automatisierung

Formpressen

Das Formpressen erfordert oft einen höheren manuellen Arbeitsaufwand.

Betreiber müssen unter Umständen:

Material zuschneiden und wiegen
Die Form befüllen
Positions-Einsätze
Teile entfernen
Separater Blitz
Kanten zuschneiden
Jedes Bauteil prüfen

Der Arbeitsaufwand hängt von der Formkonstruktion und den Produktionsanlagen ab.

Einige Pressformvorgänge lassen sich zwar automatisieren, doch ist eine vollständige Automatisierung im Allgemeinen schwieriger als beim LSR-Spritzgießen.

LSR-Spritzguss

Das LSR-Spritzgießen ermöglicht einen hochautomatisierten Produktionsprozess.

Die Automatisierung kann Folgendes umfassen:

Materialdosierung
Pigmentdosierung
Injektion
Ladevorgang läuft
Entfernung von Teilen
Robotergestützter Transfer
Kamerainspektion
Nachbearbeitung
Verpackung

Durch Automatisierung lassen sich folgende Kosten senken:

Manuelle Handhabung
Kontaminationsrisiko
Schwankungen beim Arbeitsaufwand
Inkonsistenz bei der Produktion
Langfristige Stückkosten

Dies ist insbesondere für Anwendungen in den Bereichen Medizin, Automobilindustrie und Elektronik mit hohen Stückzahlen von Bedeutung.

Komplexität der Bauteile

Fähigkeiten im Bereich des Formpressens

Das Formpressen eignet sich für viele einfache und mäßig komplexe Bauteile.

Zu den typischen Teilen gehören:

O-Ringe
Flachdichtungen
Dichtungsscheiben
Silikonpolster
Tastaturen
Matten
Umschläge
Ärmel
Große geformte Ringe
Einfache Membranen
Dicke Formteile

Allerdings ist das Verfahren möglicherweise weniger geeignet für:

Sehr dünne Wände
Tiefe Hinterschneidungen
Wirklich winzige Details
Komplexe innere Kanäle
Sehr strenge Anforderungen an den Blitz
Hochautomatisiertes Einlegebildverfahren

Die Materialbewegung im Inneren der Form lässt sich möglicherweise weniger gut kontrollieren als beim Spritzgießen, insbesondere bei komplexen Geometrien.

LSR-Spritzgusskapazitäten

LSR fließt problemlos in kleine Hohlräume und dünne Wandstärken.

Dadurch eignet es sich für:

Dünne Membranen
Merkmale der Mikroabdichtung
Flexible Ventile
Komplexe medizinische Bauteile
Steckverbinder-Dichtungen
Mehrlippendichtungen
Kleine Präzisionsbauteile
Umspritzte Kunststoffteile
Umspritzte Metalleinsätze
Multifunktionale integrierte Komponenten

Durch das LSR-Spritzgießen lässt sich die Anzahl der Einzelkomponenten reduzieren, indem Dichtungs-, Dämpfungs-, Greif-, Isolier- und Positionierungsfunktionen in einem einzigen Formteil vereint werden.

Maßkonsistenz

Formpressteile

Beim Formpressen lassen sich zuverlässige Maße erzielen, doch können Abweichungen durch folgende Faktoren beeinflusst werden:

Materialgewicht
Form der Vorform
Ladeposition
Formtemperatur
Aushärtungszeit
Bedienungstechnik
Blitzstärke
Entformungsverfahren

Auch große, flexible Bauteile lassen sich unter Umständen nur schwer einheitlich vermessen.

LSR-Spritzgussteile

Das LSR-Spritzgießen bietet in der Regel eine bessere Prozesswiederholbarkeit, da das Material automatisch dosiert und eingespritzt wird.

Zu den Vorteilen können gehören:

Gleichmäßigere Schrotgröße
Stabile Füllung des Hohlraums
Geregelter Einspritzdruck
Kontrollierte Aushärtungsbedingungen
Geringerer Einfluss des Bedieners
Bessere Konsistenz bei Mehrfachformen
Verbesserte Wiederholgenauigkeit bei dünnen Strukturen

Silikon bleibt jedoch ein flexibles Elastomer. Die Toleranzen müssen weiterhin dem Materialverhalten und der Messmethode Rechnung tragen.

Übermäßig enge Toleranzen können die Werkzeugkosten und die Ausschussquote erhöhen, ohne die Produktfunktion zu verbessern.

Blitzsteuerung

Flash ist eine dünne Schicht aus überschüssigem Silikon, die sich an der Trennfuge der Form oder um Einlegeteile herum bildet.

Formgrate beim Formpressen

Beim Formpressen entsteht häufig mehr Grat, da das vorgeformte Material zwischen den Formflächen zusammengedrückt wird.

Die Form kann absichtlich Entgratrillen aufweisen, um überschüssiges Material aufzufangen.

Möglicherweise sind folgende Teile erforderlich:

Manuelles Zuschneiden
Mechanisches Beschneiden
Kryogenes Entgraten
Stanzen
Nachprüfung

Bei einfachen Industriekomponenten kann ein geringes Maß an kontrolliertem Grat akzeptabel sein.

LSR-Spritzguss-Grate

LSR-Spritzgussformen können so konstruiert werden, dass sie nur sehr wenig Grat bilden.

Da das Material in eine geschlossene Form eingespritzt wird, lässt sich das Materialvolumen bei diesem Verfahren präziser steuern.

Ergebnisse mit geringem Blitzanteil hängen ab von:

Präzision bei der Formherstellung
Absperrkonstruktion
Spannkraft
Einspritzdruck
Entlüftung
Formverschleiß
Viskosität des Materials
Prozesssteuerung

Werkzeuge mit geringer Gratbildung sind besonders wertvoll für Dichtungen, Ventile, medizinische Bauteile und kleine Präzisionskomponenten.

Materialverschwendung

Abfälle aus dem Formpressverfahren

Beim Formpressen können Abfälle aus folgenden Quellen entstehen:

Überschüssiges Vorformmaterial
Flash
Zuschneiden
Anpassung beim Start
Aussortierte Teile

Durch präzises Vorformen des Materials lässt sich Ausschuss reduzieren, doch ein gewisser Grat ist oft unvermeidbar.

LSR-Spritzgussabfälle

Das LSR-Spritzgießen ermöglicht eine effiziente Materialausnutzung, insbesondere bei Verwendung von Kaltkanal- oder Nadelverschlusssystemen.

Zu den potenziellen Abfallquellen zählen:

Spülen
Startmaterial
Reste des Tors
Aussortierte Teile
Material, das bei der Abschaltung in den Anlagen verbleibt

Ein gut konzipierter LSR-Prozess kann im Vergleich zum herkömmlichen Spritzgießen mit Thermoplasten nur wenig Angussabfall verursachen.

Oberflächenqualität

Mit beiden Verfahren lassen sich glatte Silikonoberflächen herstellen, doch das endgültige Erscheinungsbild hängt von folgenden Faktoren ab:

Oberflächenbeschaffenheit der Form
Materialzusammensetzung
Heilungsbedingungen
Entlüftung
Teilegeometrie
Pigment
Reinheit der Form

Formgepresste Oberfläche

Im Formpressverfahren lassen sich folgende Produkte herstellen:

Matte Oberflächen
Polierte Oberflächen
Strukturierte Oberflächen
Geformte Logos
Funktionsrippen
Dekorative Muster

Zu den möglichen Oberflächenfehlern zählen:

Fließspuren
Eingeschlossene Luft
Unvollständige Befüllung
Verunreinigung
Ungleichmäßige Färbung
Flash
Fehlausrichtung der Trennfuge

LSR-Spritzgussoberfläche

LSR kann feine Formdetails und Oberflächenstrukturen originalgetreu wiedergeben.

Es wird häufig gewählt, wenn das Bauteil folgende Anforderungen erfüllt:

Hohe kosmetische Konsistenz
Dünne Dichtlippen
Optische Transparenz
Kontrollierte Oberflächenstruktur
Feine Mikrostrukturen
Einheitliches Erscheinungsbild der Mehrfachkavitäten

Die Entlüftung der Form und die Vakuumregelung sind besonders wichtig, um eingeschlossene Luft zu vermeiden.

Einlegeformen und Umspritzen

Kompressions-Einsatzspritzguss

Metall- oder Kunststoffeinsätze können vor dem Einfüllen des Silikons in eine Form zum Pressgießen eingelegt werden.

Dies könnte geeignet sein für:

Einfache Metalleinsätze
Verstärkte Dichtungen
Kleinserien
Dicke, umspritzte Abschnitte

Die manuelle Positionierung der Einsätze kann jedoch den Arbeitsaufwand erhöhen und zu Abweichungen führen.

LSR-Einspritzformen

Das LSR-Spritzgießen eignet sich besonders gut für das automatisierte Einlegebeschichten und Umspritzen.

Zu den gängigen Substraten gehören:

Metallstifte
Edelstahlteile
Kunststoffgehäuse
Elektrische Steckverbinder
Kabel
Sensorkomponenten
Elektronikbaugruppen

Die Verklebung kann auf folgende Weise erfolgen:

Mechanische Verriegelung
Unterschnitte
Löcher
Oberflächenstruktur
Selbstklebendes LSR
Grundierung
Oberflächenbehandlung

Das Substrat muss der Formtemperatur und den Prozessbedingungen standhalten.

Verkleben von LSR mit Kunststoff

LSR lässt sich auf ausgewählte Thermoplaste umspritzen.

Zu den üblichen Entwurfsaspekten gehören:

Schmelztemperatur von Kunststoffen
Hitzebeständigkeit
Chemische Verträglichkeit
Oberflächenreinheit
Eingegossene Verriegelungselemente
Anforderungen an die Haftung
Verwendung von Grundierungen
Teildeformation
Schrumpfungsunterschied
Auswirkungen der Sterilisation

Man sollte nicht allein aufgrund der allgemeinen Kunststofffamilie von einer starken Haftung ausgehen. Der genaue Kunststofftyp, die Additive, die Farbstoffe und die Oberflächenbeschaffenheit können die Haftung beeinflussen.

Es wird empfohlen, vor der Freigabe der Serienwerkzeuge Prototyp-Haftungstests durchzuführen.

Geeignete Anwendungsbereiche für das Formpressen

Das Formpressen eignet sich häufig für:

Flache Silikondichtungen
Große Dichtungsringe
Silikonplatten und -polster
Industrielle Dämpfungskomponenten
Einfache Silikonhüllen
Tastaturen
Große O-Ringe nach Maß
Medizinische Komponenten in kleinen Stückzahlen
Silikon-Prototypenteile
Sport- und Fitnessartikel
Silikonprodukte für den Haushalt
Dicke Silikonbauteile
Teile in Sonderfarben
Elektrisch leitfähige Silikonpolster

Dies ist besonders attraktiv, wenn es sich um ein großes, relativ einfaches Bauteil handelt, das in kleinen oder mittleren Stückzahlen hergestellt wird.

Geeignete Anwendungsbereiche für das LSR-Spritzgießen

Das LSR-Spritzgießen eignet sich häufig für:

Medizinische Ventile
Dünne Membranen
Steckverbinder-Dichtungen
Wasserdichte elektronische Siegel
Dichtungen für Sensoren in der Automobilindustrie
Bestandteile von Babyflaschen
Atemwege
Teile für tragbare Geräte
Präzisions-O-Ringe
Mehrlippendichtungen
Mikrogeformte Silikonbauteile
Umspritzen von Kunststoff mit Silikon
Einschleusen von Metall in Silikon
Komponenten mit hohem Durchsatz, die mit Lebensmitteln in Berührung kommen
Automatisierte medizinische Fertigung

Dies ist besonders dann von Vorteil, wenn das Projekt eine hohe Produktionsleistung, präzise Details, geringe Grate oder eine automatisierte Handhabung erfordert.

Medizinische und gesundheitsbezogene Aspekte

Sowohl HCR als auch LSR können für Komponenten im Gesundheitswesen eingesetzt werden, sofern Material und Verfahren sorgfältig ausgewählt und validiert werden.

Zu den wichtigen Faktoren zählen:

Genaue Werkstoffsorte
Art des Patientenkontakts
Kontaktdauer
Bewertung der Biokompatibilität
Sterilisationsverfahren
Nachhärtung
Reinraumanforderungen
Rückverfolgbarkeit von Chargen
Kontrolle der Formtrennung
Kontaminationskontrolle
Verpackung
Änderungsmitteilung

Das LSR-Spritzgießen wird häufig für medizinische Bauteile in Großserien bevorzugt, da es den manuellen Materialumschlag reduzieren und eine kontrollierte automatisierte Produktion ermöglichen kann.

Das Formpressverfahren kann nach wie vor für Silikonbauteile im Gesundheitswesen geeignet sein, die in kleineren Stückzahlen oder in größeren Abmessungen hergestellt werden.

Das Verfahren sollte unter Berücksichtigung von Risiko, Geometrie, Produktionsanforderungen und Validierungsbedarf ausgewählt werden.

Anwendungen im Bereich Lebensmittelkontakt

Mit beiden Verfahren können Silikonteile hergestellt werden, die mit Lebensmitteln in Berührung kommen.

Zu den typischen Anwendungsbereichen gehören:

Dichtungsringe
Getränkeventile
Dichtungen für die Küche
Flaschenkomponenten
Dichtungen für Haushaltsgeräte
Silikonhüllen
Teile für Anlagen zur Lebensmittelverarbeitung

Der Käufer sollte Folgendes angeben:

Zielmarkt
Kontaktart
Kontakt-Temperatur
Kontaktdauer
Erforderliche Angaben
Migrationstests
Farbvorgaben
Anforderungen an den Geruch
Reinigungsbedingungen

Der Herstellungsprozess sollte eine Verunreinigung durch ungeeignete Pigmente, Schmiermittel, Trennmittel und Verpackungsmaterialien verhindern.

Dauerverformung und funktionale Leistungsfähigkeit

Das Formverfahren kann durch die Aushärtungsbedingungen und die Nachbehandlung die endgültigen Eigenschaften des Silikonbauteils beeinflussen.

Zu den wichtigen Eigenschaften können gehören:

Härte
Zugfestigkeit
Dehnung
Reißfestigkeit
Druckverformungsrest
Rebound
Anpresskraft
Ermüdungsfestigkeit
Oberflächenreibung
Thermische Alterung

Materialdatenblätter basieren in der Regel auf standardisierten Prüfmustern. Die tatsächlichen Formteile können aufgrund ihrer Geometrie, Dicke, Aushärtungsgeschichte und Betriebsbedingungen abweichende Eigenschaften aufweisen.

Bei Funktionstests sollten Komponenten verwendet werden, die den in der Produktion verwendeten entsprechen.

Unterschiede bei der Formkonstruktion

Konstruktion von Formpresswerkzeugen

Formpressen müssen folgende Parameter regeln:

Materialplatzierung
Kariesfüllung
Blitzrichtung
Entlüftung
Trennlinien
Entformen
Hohlraumwaage
Wärmeverteilung

Die Form und das Gewicht der Vorform können die Qualität des Bauteils erheblich beeinflussen.

Konstruktion von LSR-Spritzgussformen

LSR-Spritzgussformen müssen folgende Parameter regeln:

Lauftemperatur
Torentwurf
Einspritzbilanz
Vakuum
Entlüftung
Kavitätenbeheizung
Absperrgenauigkeit
Flash
Auswurf
Einfügeposition

Da unausgehärtetes LSR in extrem kleine Spalten eindringen kann, ist die Präzision der Form von entscheidender Bedeutung.

Schon eine kleine Fehlanpassung oder ein beschädigtes Absperrventil kann zu einer Stichflamme führen.

Prototypenentwicklung

Das Formpressverfahren wird häufig für die Herstellung früher Prototypen gewählt, da die Werkzeuge einfacher und kostengünstiger sein können.

Ein im Formpressverfahren hergestellter Prototyp entspricht jedoch möglicherweise nicht vollständig einem im LSR-Spritzgussverfahren gefertigten Serienbauteil.

Unterschiede können auftreten bei:

Trennlinien
Tor-Markierungen
Oberflächenbeschaffenheit
Flash
Materialfluss
Heilungsbedingungen
Abmessungen
Mechanische Eigenschaften

Da das Endprodukt im LSR-Spritzgussverfahren hergestellt wird, sollten die Prototypen schließlich unter Verwendung von serientauglichem LSR und unter repräsentativen Formbedingungen gefertigt werden.

Standzeit und Wartung

Beide Formtypen erfordern eine regelmäßige Wartung.

Wartung von Formpressen

Die Wartungsarbeiten können Folgendes umfassen:

Reinigung der Blitzrillen
Ausgehärtetes Silikon entfernen
Polieren von Hohlräumen
Ausrichtung prüfen
Reparatur von Trennlinien
Überprüfung von Heizungsanlagen

Wartung von LSR-Formen

LSR-Formen erfordern aufgrund ihrer Präzisionssysteme unter Umständen eine speziellere Wartung.

Die Wartungsarbeiten können Folgendes umfassen:

Reinigung von Nadelverschlussventilen
Prüfung von Kaltkanälen
Überprüfung der Vakuumkanäle
Reinigung der Lüftungsöffnungen
Prüfung der Absperrflächen
Prüfung von Auswerfern
Überprüfung der Heizzonen
Überwachung des Formverschleißes

Die Werkzeugkosten sollten nicht nur den Anschaffungspreis der Form, sondern auch die voraussichtlichen Wartungskosten und Ersatzteile umfassen.

Qualitätsprüfung

Ein Prüfplan für Silikonteile kann Folgendes umfassen:

Maßprüfung
Sichtprüfung
Härteprüfung
Blitzinspektion
Farbüberprüfung
Gewichtsmessung
Zugversuch
Dehnungsprüfung
Reißprüfung
Prüfung der Druckverformungsrest
Dichtheitsprüfung
Prüfung der Haftfestigkeit
Funktionsprüfung
Rückverfolgbarkeit von Chargen

Kritische Maße und funktionale Merkmale sollten in der Zeichnung gekennzeichnet werden.

Da Silikon flexibel ist, können Messverfahren, Halterung, Temperatur und Konditionierungszeit die Ergebnisse beeinflussen.

Häufige Fehler beim Formpressen

Zu den möglichen Fehlern beim Formpressen gehören:

Übermäßiger Blitz
Kurzformteil
Luftblasen
Fließspuren
Ungleichmäßige Färbung
Falsche Materialzuführung
Teilverzerrung
Oberflächenverunreinigung
Fehlausrichtung der Trennfuge
Unvollständige Aushärtung
Überhärtung
Risse beim Entformen

Viele Fehler lassen sich durch eine optimierte Preform-Konstruktion, Materialkontrolle, Formtemperatur, Entlüftung und gleichmäßige Beschickung reduzieren.

Häufige Fehler beim LSR-Spritzguss

Zu den möglichen Fehlern beim LSR-Spritzguss gehören:

Kurzschüsse
Luftblasen
Flash
Tor-Markierungen
Schweißnähte
Materialverunreinigung
Falsches Mischungsverhältnis
Unvollständige Aushärtung
Teil klebt fest
Bewegung einfügen
Haftungsversagen
Oberflächenfehler
Dimensionsinstabilität

Die Prozessüberwachung sollte den Materialdruck, die Einspritzparameter, die Formtemperatur, die Aushärtungszeit und den Zustand der Anlagen umfassen.

Kostenvergleich

Die Gesamtkosten eines Silikonbauteils umfassen mehr als nur den Stückpreis.

Ein aussagekräftiger Vergleich sollte Folgendes umfassen:

Werkzeugkosten
Materialkosten
Arbeit
Zykluszeit
Anzahl der Hohlräume
Schrott
Zuschneiden
Prüfung
Automatisierung
Wartung von Formen
Verpackung
Jährliche Menge
Projektlaufzeit
Validierungskosten
Risiko beim Werkzeugwechsel

Kostenmodell für das Formpressverfahren

Beim Formpressen kommt in der Regel Folgendes zum Einsatz:

Geringere anfängliche Werkzeugkosten
Höherer Arbeitsaufwand pro Teil
Längere Zykluszeiten
Weiter zuschneiden
Bessere Eignung für geringe Stückzahlen

Kostenentwicklung beim LSR-Spritzguss

Beim LSR-Spritzgießen kommt in der Regel Folgendes zum Einsatz:

Höhere anfängliche Werkzeugkosten
Geringerer Arbeitsaufwand pro Teil
Schnellere Zyklen
Bessere Automatisierung
Bessere Eignung für hohe Stückzahlen

Ein Projekt mit niedrigen Anschaffungskosten, bei dem jedoch hohe Kosten für manuelle Anpassungen anfallen, kann über seine gesamte Lebensdauer hinweg teuer werden.

So wählen Sie den richtigen Prozess aus

Entscheiden Sie sich für das Formpressverfahren, wenn:

Das jährliche Volumen ist gering oder moderat
Das Bauteil ist groß
Geometrie ist relativ einfach
Das Budget für Werkzeuge ist begrenzt
Die Nachfrage nach dem Produkt ist ungewiss
Das Bauteil hat einen dicken Querschnitt.
Manuelles Zuschneiden ist zulässig
Es sind mehrere benutzerdefinierte Versionen erforderlich

Entscheiden Sie sich für das LSR-Spritzgießen, wenn:

Das jährliche Volumen ist hoch
Das Bauteil hat dünne Wände
Die Geometrie ist komplex
Eine hohe Wiederholgenauigkeit ist erforderlich
Automatisierung ist wichtig
Flash muss minimiert werden
Für das Projekt ist das Einlegebildverfahren erforderlich
Das Bauteil verfügt über präzise Dichtungsmerkmale
Die Kontaminationskontrolle ist wichtig
Das Produkt hat eine lange erwartete Lebensdauer.

Entscheidungscheckliste für Beschaffungsingenieure

Bevor Sie sich für ein Fertigungsverfahren entscheiden, sollten Sie sich folgende Fragen stellen:

Wie hoch ist die voraussichtliche Jahresmenge?
Wie lange wird das Produkt noch hergestellt?
Wie hoch sind die angestrebten Stückkosten?
Welches Budget steht für Werkzeuge zur Verfügung?
Weist die Konstruktion dünne Abschnitte auf?
Gibt es tiefe Hinterschneidungen oder komplexe Dichtlippen?
Ist ein Umspritzverfahren erforderlich?
Sind Einsätze erforderlich?
Wie lauten die kritischen Toleranzen?
Welcher Blitzpegel ist akzeptabel?
Ist eine automatisierte Produktion erforderlich?
Muss das Bauteil in einem Reinraum gefertigt werden?
Welche Nachbearbeitung ist erforderlich?
Ist eine Nachhärtung erforderlich?
In welchem Umfang ist manuelles Zuschneiden zulässig?
Sind mehrere Farben oder Materialqualitäten erforderlich?
Welche Prüfstufe ist erforderlich?
Welche behördlichen Unterlagen sind erforderlich?
Wie schnell werden Prototypen benötigt?
Lässt sich der Entwurf vereinfachen?

Der Fertigungsdienstleister sollte das 3D-Modell, die Zeichnung, die jährliche Stückzahl, die Materialanforderungen und die Endmontage prüfen, bevor er ein Verfahren empfiehlt.

Angaben, die in einer Angebotsanfrage enthalten sein sollten

Um ein genaues Angebot für Silikonformteile zu erhalten, geben Sie bitte Folgendes an:

Zweidimensionale Zeichnung
Dreidimensionales Modell
Materialbedarf
Härte
Farbe
Jährliche Menge
Bestellmenge
Voraussichtliche Projektlaufzeit
Prototypenmenge
Kritische Toleranzen
Zulässiger Blitz
Oberflächenbeschaffenheit
Betriebstemperatur
Exposition gegenüber Chemikalien
Compliance-Anforderungen
Sterilisationsverfahren
Details eingeben
Substrat für das Überformen
Verpackungsvorschriften
Prüfvorschriften
Geplantes Produktionsdatum

Sofern das Verfahren noch nicht ausgewählt wurde, sind separate technische und kaufmännische Bewertungen für das Formpressen und das LSR-Spritzgießen einzuholen.

Fazit

Sowohl das Formpressen als auch das LSR-Spritzgießen ermöglichen die Herstellung zuverlässiger, maßgeschneiderter Silikonbauteile, erfüllen jedoch unterschiedliche Projektanforderungen.

Das Formpressen bietet im Allgemeinen geringere Investitionen in Werkzeuge und eine größere Flexibilität bei großen, einfachen Teilen sowie bei Teilen mit geringen oder mittleren Stückzahlen.

Das LSR-Spritzgießen bietet besondere Vorteile bei komplexen Geometrien, dünnen Wandstärken, geringen Gratansprüchen, automatisierter Fertigung, Einlegeteilen und hohen Jahresstückzahlen.

Die Auswahl des besten Verfahrens sollte auf der Grundlage einer Bewertung des gesamten Projekts erfolgen, einschließlich:

Produktgeometrie
Material
Investitionen in Werkzeuge
Jahresvolumen
Zykluszeit
Arbeit
Qualitätsanforderungen
Automatisierung
Validierung
Erwartete Lebensdauer des Produkts

Eine frühzeitige Zusammenarbeit zwischen Produktdesigner, Beschaffungsteam, Qualitätsingenieuren und dem Silikonformteil-Lieferanten kann unnötige Neukonstruktionen verhindern und die Gesamtfertigungskosten senken.

Häufig gestellte Fragen

Ist das LSR-Spritzgießen immer teurer als das Formpressen?

Die anfänglichen Werkzeugkosten sind in der Regel höher, doch bei der Massenproduktion können die Stückkosten niedriger ausfallen, da das LSR-Spritzgießen schnellere Zyklen und einen höheren Automatisierungsgrad ermöglicht.

Eignet sich das Formpressverfahren für Präzisionsteile aus Silikon?

Ja, beim Formpressverfahren lassen sich präzise Teile herstellen, wenn die Form und der Prozess ordnungsgemäß gesteuert werden. Das LSR-Spritzgießen bietet im Allgemeinen eine höhere Konsistenz bei komplexen, dünnwandigen oder in großen Stückzahlen gefertigten Bauteilen.

Welches Verfahren erzeugt weniger Grat?

Beim LSR-Spritzgießen entstehen bei Verwendung von Präzisionswerkzeugen und korrekter Prozesssteuerung nur sehr geringe Gratmengen. Beim Formpressen entstehen in der Regel mehr Grate, sodass unter Umständen ein nachträgliches Entgraten erforderlich ist.

Können medizinische Silikonteile im Formpressverfahren hergestellt werden?

Ja. Das Formpressverfahren kann für Silikonbauteile im Gesundheitswesen eingesetzt werden, sofern die Anforderungen hinsichtlich Material, Umgebung, Prozess, Nachhärtung, Rückverfolgbarkeit und Validierung ordnungsgemäß kontrolliert werden.

Kann LSR auf Kunststoff umspritzt werden?

Ja. LSR lässt sich unter Verwendung mechanischer Verriegelungen, selbsthaftender Materialien, Grundierungen oder Oberflächenbehandlungen auf kompatible Thermoplaste umspritzen.

Welches Verfahren eignet sich besser für große Silikondichtungen?

Das Formpressen ist bei großen, relativ einfachen Dichtungen oft wirtschaftlich. Bei sehr großen Dichtungsprofilen können auch Extrusion und Klebeverbindungen in Betracht gezogen werden.

Welches Verfahren eignet sich besser für dünne Silikonmembranen?

Das LSR-Spritzgießen eignet sich im Allgemeinen besser für dünne Membranen, da das flüssige Material problemlos in enge Hohlräume und feine Strukturen fließt.

Kann dieselbe Form sowohl für HCR als auch für LSR verwendet werden?

Normalerweise nicht. Kompressionsformen und LSR-Spritzgussformen werden unter Berücksichtigung unterschiedlicher Anforderungen hinsichtlich Materialzufuhr, Anguss, Entlüftung, Beheizung und Gratkontrolle konstruiert.

Welches Verfahren eignet sich besser für die Kleinserienfertigung?

Das Formpressverfahren eignet sich aufgrund der geringeren Anfangsinvestitionen in die Werkzeuge oft besser für die Kleinserienfertigung.

Welches Verfahren eignet sich besser für die automatisierte Massenproduktion?

Das LSR-Spritzgießen ist in der Regel die bessere Wahl, da Materialzufuhr, Einspritzung, Aushärtung, Entnahme der Teile, Prüfung und Verpackung weitgehend automatisiert werden können.