Ein Leitfaden zur Formenherstellung – Verfahren, Materialien und Techniken

3D-gedruckte Spritzgussform

Möchten Sie wissen, was Formenbau ist und wie er funktioniert? Lassen Sie uns zunächst erklären, warum wir ihn aus erster Hand benötigen. Angenommen, Sie haben eine fantastische Produktidee, die das Potenzial hat, den Markt zu revolutionieren, aber ihrem Erfolg steht ein erhebliches Hindernis im Weg. Selbst die kreativsten Designs bleiben ohne die richtige Fertigungstechnik in Skizzen und Prototypen stecken. Sie werden nie die Kunden erreichen, die sie am dringendsten benötigen. 

In der Zwischenzeit gewinnen Ihre Konkurrenten mit Waren geringerer Qualität Marktanteile, indem sie die Herstellung von Formen und Kunststoffformen sowie effektive Produktionstechniken beherrschen, mit denen sie Ideen in die Realität umsetzen.

Hier wird der Formenbau zu Ihrem Werkzeug, um Ihre Ambitionen in echte Erfolgsgeschichten umzusetzen. Sie können ein neues Unternehmen gründen oder ein bestehendes skalieren, indem Sie die Kunst und Wissenschaft der Formentechnologie verstehen.

Was ist Formenbau und warum ist er wichtig?

Formenbau ist der Prozess des Entwerfens und Erstellens von Formen, mit denen Materialien in bestimmte Formen gebracht werden. Formen spielen eine zentrale Rolle bei der Erzielung konsistenter und wiederholbarer Ergebnisse in allen Branchen, vom Haushalts- bis zum Autoteilebau. 

Formen werden in der Verpackungsindustrie, der Automobilindustrie, der Luft- und Raumfahrt, der Medizintechnik und der Unterhaltungselektronik eingesetzt. Professionelle Formenbauer stellen durch diesen Schritt sicher, dass jedes hergestellte Produkt die geforderten Designstandards exakt erfüllt. Qualifizierte Formenbauer sind daher entscheidend für Qualität und Effizienz.

Was sind Schimmelpilze?

 Silikon- und Harzformen

Formen sind Hohlformen, in die verschiedene Materialien wie Kunststoff, Silikon oder Metall gegossen oder gespritzt werden. Sobald das Material aushärtet, nimmt es die Form der Form an. Dieses Verfahren ermöglicht Präzision und Wiederholbarkeit in der Massenproduktion.

Arten von Formen

Formen sind in verschiedenen Formen und Größen erhältlich, um unterschiedlichen Produktionsprozessen und Produktdesigns gerecht zu werden. Beim Aluminiumguss gibt es beispielsweise verschiedene Formen wie Sandformen, Keramikformen und Schalenformen. Zur besseren Übersicht lassen sich die Formen wie folgt klassifizieren:

Einteilige Formen

Die einfachste Form ist die einer einteiligen Form. Sie ist auf einer Seite glatt und eignet sich am besten für Designs mit flachen Perlen und einfachen Formen. Typischerweise werden solche Formen von einem physischen Master oder zumindest einem CAD-Modell hergestellt. Einfach herzustellen und für einfache Designs geeignet. Verwendung von einteiligen Formen.

Zweiteilige Formen

Für komplexere Muster ist eine zweiteilige Form erforderlich. Sie besteht aus zwei Komponenten, die über eine Trennlinie miteinander verbunden sind. Jedes Teil versucht, sich auf eine bestimmte Eigenschaft des Objekts zu fixieren. Mit zweiteiligen Formen kann eine Materialschicht um ein Objekt gegossen werden, ähnlich wie Haut um einen Körper wächst.

Mehrteilige Formen

Mehrteilige Formen werden für Designs mit komplizierten Formen verwendet. Diese Formen bestehen aus mehreren Teilen, wobei jedes Teil einen anderen Aspekt des gesamten Objekts verkörpert. Durch die Kombination aller Teile können Sie komplexe Formen reproduzieren, die mit ein- oder zweiteiligen Formen nicht möglich wären.

Formen mit mehreren Kavitäten

Die Form verfügt über mehr als zwei Kavitäten für dasselbe Produkt. Dies ermöglicht das gleichzeitige Einlegen und Versiegeln mehrerer gleichartiger Teile in einem einzigen Produktionszyklus, was zu einem verbesserten Produktionsdurchsatz führt.

Tabelle: Vergleich verschiedener Schimmelarten

Klassifizierung von Formen nach Wiederverwendbarkeit

Formen können auch nach ihrer Wiederverwendbarkeit klassifiziert werden:

Einweg- oder Opferformen

Dies sind Einwegformen. Nach der Entnahme des Objekts wird die Form zerbrochen. Materialien für Einwegformen sind Sand, Ton, Silikon, Wachs und einige Kunststoffe.

Wiederverwendbare oder dauerhafte Formen

Eine wiederverwendbare Form kann den Vorgang über viele Zyklen hinweg mehrmals wiederholen. Sie werden unterteilt in:

Flexible Formen: Diese bestehen aus Silikon, Kunststoff oder weicheren Metallen wie Aluminium und werden für kleine bis mittlere Produktionsläufe verwendet.

Harte Werkzeuge: Hergestellt aus Stahl oder einem anderen hochfesten Metall, geeignet für die Massenproduktion, kann das Produkt Hunderttausende von Formzyklen überstehen.

Wie entsteht Schimmel?

Wenn Sie sich fragen, wie Sie eine Form erstellen oder sogar wie Sie eine Form herstellen, liegt die Antwort in der Auswahl des richtigen Formtyps für die Anforderungen Ihres Projekts. 

Die Entwicklung einer Form beginnt mit einem einfachen Design mit einigen Merkmalen. Ingenieure erstellen detaillierte Spezifikationen mit Formzeichnungen, die alle Abmessungen, Toleranzen und Oberflächenbeschaffenheiten des Endprodukts dokumentieren. Mithilfe von CAD-Software (Computer-Aided Design) entwerfen sie die Form sorgfältig für den richtigen Materialfluss, die Kühlkanäle und die Auswurfsysteme, um eine effektive Funktion zu gewährleisten.

Die Auswahl der Materialien erfolgt dann basierend auf der Anzahl der zu produzierenden Teile, dem Endprodukt und der erforderlichen Lebensdauer der Form. Erfahrene Mechaniker bauen dann Ihre Form auf Präzisionsmaschinen und montieren alle Komponenten. Die Formen werden vor der Massenproduktion getestet, und nur dann ist ihre Herstellung korrekt.

Qualitätssicherung ist bei jedem Schritt wichtig. Dazu gehören Tests zum Materialfluss, zur Wärmeverteilung und zum Prototypenbau. Diese Maßnahmen während der Formgebungsschritte helfen, Probleme zu erkennen, bevor die Massenproduktion beginnt. Die richtige Formgestaltung gewährleistet die reproduzierbare Herstellung hochwertiger Teile und steigert die Produktion.

Materialien für den Formenbau

Das Material einer Form hat großen Einfluss auf Kosten, Langlebigkeit und Originalgetreue des neuen Artikels. Das richtige Material gewährleistet die Langlebigkeit Ihrer Form und die Qualität Ihrer Teile.

Silikon für flexibles Gießen

Silikon lässt sich leicht bewegen und handhaben und eignet sich daher ideal für komplexe und komplizierte Formen. Es wird typischerweise für Prototypen und kleine Produktionsserien sowie für Produkte verwendet, bei denen das Aussehen wichtig ist. Die meisten Profis beziehen Formen von Hersteller von Silikonformen damit sie qualitativ hochwertige Formen in großen Mengen haben können.

Metalle für Langlebigkeit und Präzision

Stahl und Aluminium sind die Materialien der Wahl für langlebige Formen. Stahlformen sind langlebig und belastbar. Aluminiumformen sind leichter und kostengünstiger und eignen sich daher für PrototypenbearbeitungHier ein Tipp: Wenn Sie das beste Ein-Mann-Unternehmen für die Konstruktion von Metallformen in Betracht ziehen, kann der Einstieg in den Markt mit Aluminiumformen ein kostengünstiger Weg sein.

Harze für die Prototypenentwicklung

Harze wie Polyurethan oder Epoxidharz werden manchmal für Rapid-Prototyping-Formen verwendet. Sie sind kostengünstig herzustellen und ermöglichen Designern eine schnelle Iteration, bevor sie in Metallwerkzeuge für die Serienproduktion investieren.

So wählen Sie eine Formherstellungstechnik aus

Bei der Auswahl des geeigneten Formenbauverfahrens spielen jedoch verschiedene Aspekte eine Rolle, beispielsweise das Material des Teils, die Herstellungsmethode, das Design des Teils und die Produktionsmenge. Der richtige Ansatz garantiert Produktivität, Qualität und Wirtschaftlichkeit.

1. Skizzieren Sie die Entwicklungskriterien für Ihr Projekt

Beginnen Sie mit einem klaren Plan. Beschreiben Sie kurz, was das Projekt beinhaltet, geben Sie den Zeitplan an und legen Sie das Budget fest. Entscheiden Sie, ob Sie eine einmalige Prototypenfertigung oder Tausende von Teilen produzieren. Wichtige Punkte sind:

• Teiledesign und -größe
• Materialart
• Qualität und Toleranzen
• Produktionsvolumen:
• Zeitplan und Budget

In den meisten Fällen basiert die Planung auf einem PRD (Product Requirements Document) und einer BOM (Bill of Materials). Solche Dokumente sind nützlich, um die Elemente, Materialien und Leistungskriterien für das Projekt zu definieren.

2. Wählen Sie den Herstellungsprozess

Das gewählte Herstellungsverfahren sollte den Anforderungen Ihres Projekts entsprechen. Bestimmte Designs können mit mehreren Verfahren hergestellt werden. Die Herausforderung besteht jedoch darin, ein Verfahren auszuwählen, das die Qualitätsanforderungen möglichst kostengünstig erfüllt. Materialauswahl und Bestellmenge sind in der Regel entscheidend.

Als Beispiel für eine Prototyp eines KunststoffproduktsBei der Herstellung von Tausenden von Teilen kann Spritzguss die bessere Lösung sein, und bei kleinen Stückzahlen ist 3D-Druck die richtige Wahl.

3. Wählen Sie die Formherstellungstechnik

3D-gedruckte Spritzgussform

Sobald das Herstellungsverfahren ausgewählt ist, sollte die Methode zur Herstellung der Form festgelegt werden. Beachten Sie dabei folgende Schlüsselfaktoren:

• Design des Teils: Manuelle Formen oder einteilige Formen für einfachere Teile. Komplexere Designs basieren in der Regel auf mehrteiligen Formen, die durch CNC-Bearbeitung oder 3D-Druck hergestellt werden.
• Produktionsvolumen: Großaufträge erfordern härtere Formen, die Tausende von Zyklen überstehen. Bei Kleinserien kann ein weiches oder Opferwerkzeug wirtschaftlich sein, da diese Art von Werkzeugen oft kostengünstig und schnell herzustellen ist.
• Qualität: Enge Toleranzen erfordern präzise Formen, die häufig mithilfe digitaler Werkzeuge hergestellt werden, um von Zyklus zu Zyklus wiederholbare Ergebnisse zu gewährleisten.
• Geschichte: Die Herstellung komplexer Metallformen kann Monate dauern. Für kürzere Zeiträume sind Rapid Tooling mit 3D-Druck oder Soft Molds möglicherweise die bessere Option.
• Material: Härtere oder hochtemperaturbeständige Materialien erfordern stärkere Formen, die sich nicht so schnell abnutzen.

Wie Formen in verschiedenen Herstellungsverfahren verwendet werden

Viele Fertigungsprozesse beinhalten den Formenbau. Eine Form dient als Vorlage, mit der Hersteller immer wieder Duplikate von Artikeln erstellen können. Hier sind die wichtigsten Prozesse, die auf Formen basieren:

Spritzguss

Spritzguss ist eine der gängigsten Methoden zur Herstellung von Kunststoff-, Silikon- oder Gummiteilen. Es ist schnell und einfach in Massenproduktion. Die anfängliche Werkzeugherstellung ist zwar recht teuer, bei Massenproduktion sinken jedoch die Stückkosten. Dabei wird die Form auf einer Spritzgussmaschine montiert. Die Form wird mit heißem Rohmaterial, üblicherweise Kunststoff, gefüllt. Versuchen Sie, diese von einem Tisch wegzuziehen. Sobald das fertige Teil abgekühlt und hart ist, wird es entnommen und der Zyklus beginnt von vorne. 

Thermoformen

Beim Thermoformen wird eine Kunststoffplatte erhitzt, bis sie weich wird. Die so entstandene Platte wird geformt und mithilfe einer Form in die gewünschte Form gebracht. Je nach Verfahren kann die Platte gezogen, geformt oder mittels Vakuum auf die Form aufgebracht werden. Thermoformen wird hauptsächlich zur Herstellung von Verpackungen und langlebigen Teilen in vielen Branchen eingesetzt.

Casting

Beim Gießen wird heißes Metall, Kunststoff oder Silikon in eine Form gegossen. Die Flüssigkeit kühlt ab und verfestigt sich zum Endprodukt. Gießen ist in der Metallverarbeitung weit verbreitet, wird aber auch bei Kunststoff- und Silikongegenständen angewendet.

Kompression

Beim Formpressen werden in der Regel Hitze und Druck angewendet. Eine vorgegebene Menge der erwärmten Substanz wird zwischen zwei vorgeheizte Formen gegeben, die sie in ihre charakteristische Form pressen. Das Verfahren eignet sich ideal für weniger komplexe Designs und kann für kleine und mittlere Auflagen als Alternative zum Spritzguss eingesetzt werden.

Blasformen

Blasformen ähnelt dem Glasblasen. Luft wird in ein geschmolzenes Kunststoff- oder Glasrohr geblasen, das in einer Form befestigt ist. Durch das Einströmen der Luft füllt sich das Rohr und nimmt die Form an. Dieses Verfahren wird häufig zur Herstellung von Hohlkörpern, einschließlich Flaschen, eingesetzt.

Verbundlaminierung

Bei der Verbundlaminierung werden Materialien wie Kohlefaser, Glasfaser oder Kevlar schichtweise auf eine Form aufgebracht. Verbundteile mit hoher Festigkeit und langer Lebensdauer werden durch Verfahren wie Nasslaminieren, Prepreg-Laminierung oder Harztransferformen hergestellt.

Erstellen von Formen für verschiedene Fertigungsprozesse

Die Techniken zur Herstellung von Formen hängen von der Art des Herstellungsprozesses und den Anforderungen an das Endprodukt ab. Die Wahl des richtigen Ansatzes gewährleistet Genauigkeit, Effizienz und Haltbarkeit der Formen, was sich direkt auf die Qualität und die Produktionskosten auswirkt.

Silikonformen zum Gießen

Aufgrund seiner Flexibilität und Festigkeit eignet sich Silikon ideal für Prototypen, Kleinserien oder Designs mit hochkomplexen Formen und Details. Die Herstellung von Silikonformen beginnt je nach Modell mit einer einteiligen oder zweiteiligen Form. Zweiteilige Formen eignen sich am besten für komplexe, hinterschnittene Formen. Alles beginnt mit dem Mastermodell, das ein physischer Prototyp oder ein 3D-gedrucktes Modell sein kann. Die Form wird mit flüssigem Silikon gefüllt und ausgehärtet. Sobald das Mastermodell fest ist, wird es entfernt. Übrig bleibt eine neue, wiederverwendbare Form für den Guss weiterer Teile aus Kunststoff, Harz oder anderen Verbindungen.

Spritzgussformen

Spritzgießmaschine

Spritzgussformen werden in der Regel aus Metall wie Stahl oder Aluminium gefertigt und mittels CNC-Bearbeitung oder Funkenerosion bearbeitet. Der Prozess beginnt mit dem CAD-Modell des Teils und endet mit der Fertigung des Werkzeugs mit der Formkavität. Kühltunnel und eine Auswerfervorrichtung sorgen für eine einfache Produktion. Nach dem Zusammenbau wird die Form in kleinen Versuchen getestet, um ihre Qualität und Funktion zu überprüfen. Für Rapid Prototyping in kleinen Stückzahlen oder bei Kleinserien sind 3D-gedruckte Formen eine hervorragende Alternative. Sie ermöglichen schnellere Durchlaufzeiten und geringere Kosten und liefern gleichzeitig wiederholbare, hochwertige Ergebnisse.

Herstellung von Thermoformformen

Thermoformform 

Thermoformwerkzeuge bringen erhitzte Kunststoffplatten in die gewünschte Form. Diese Formen bestehen typischerweise aus Materialien wie Aluminium, Epoxidharz, Holz (für Prototypen) oder 3D-gedruckten Polymeren. Die Materialwahl hängt von der Komplexität des Teils, der Produktionsmenge und den Kosten ab.

Zu den herkömmlichen Formenbautechniken gehören Handschnitzen und CNC-Fräsen. In jüngerer Zeit wird der SLA-3D-Druck eingesetzt, um detailreiche Prototypen und komplexe Designs zu erstellen. Traditionelle Prozesse können Monate dauern, während digitale Produktionsmethoden die Vorlaufzeit deutlich verkürzen und mehr Flexibilität und Präzision beim Design ermöglichen.

Formpressformen

Prozess des Formpressens

Für das Formpressen werden Formen benötigt, die hohen Temperaturen und Drücken standhalten. Die Herstellung der Formen beginnt mit der Auswahl geeigneter Materialien und der anschließenden Anpassung an das jeweilige Teiledesign. Konventionelle Fertigungsverfahren umfassen jedoch die Bearbeitung oder das Gießen. 3D Druck bietet eine effizientere und kostengünstigere Lösung für die Herstellung von Formen für das Formpressen. Nach dem Bau der Form werden Probeläufe und Abläufe durchgeführt, um die Effizienz der Form zu überprüfen und sicherzustellen, dass qualitativ hochwertige Teile hergestellt werden.

Herstellung von Metallgussformen

Formen für den Metallguss

Beim Metallguss werden Formen verwendet, um Metallteile mithilfe verschiedener Verfahren herzustellen, darunter Sandguss, Druckguss und Feinguss. Beim Sandguss wird Sand um ein Modell gepresst, wodurch nach dem Entfernen des Modells ein Formhohlraum entsteht. Beim Druckguss werden Formen aus Metall für die Massenproduktion gefertigt, während beim Feinguss Wachsmodelle mit Keramikbeschichtung verwendet werden, um präzise Formen herzustellen. Je nach Komplexität des Designs und der Produktionsanforderungen kommen sowohl indirekte Methoden, die von einem physischen Modell ausgehen, als auch direkte Methoden, die auf digitalen Entwürfen basieren, zum Einsatz.

Die Rolle des Rapid Prototyping im Formenbau 

Rapid Prototyping verbessert und beeinflusst den Formenbau unmittelbar, da sich die Zeit für die Erstellung und Prüfung von Formen deutlich verkürzt. Dies ist wichtig, da Hersteller so vor der Produktion hochpräzise 3D-Modelle von Formen erstellen und so Fehler und Kosten minimieren können. Mit Rapid Prototyping können Ingenieure außerdem Teiledesigns sehr schnell testen, Passform und Funktion prüfen und Verbesserungen implementieren, bevor sie auf die Einrichtung konventioneller Werkzeuge warten müssen. Rapid Prototyping verkürzt die Vorlaufzeiten erheblich und produziert zudem qualitativ hochwertigere Formen. Rapid Prototyping-Dienste Unterstützen Sie fortschrittliche Formgeometrien durch 3D-Drucktechniken, die mit herkömmlichen Mitteln viel teurer oder schwieriger zu erreichen sind.

Prolean Tech bietet professionelle Formenbau- und Fertigungslösungen für Prototypen, Kleinserien und Großserien. Erfahren Sie mehr über Spritzguss, Silikonformen, 3D-gedruckte Formen und andere kundenspezifische Lösungen auf unserer Website. Kontaktieren Sie unser Team, um Ihr Projekt zu besprechen und sich fachkundig beraten zu lassen, welche Formenbaumethode am besten zu Ihren Anforderungen passt.