Keine Designherausforderung ist für Root3 Labs zu schwierig. Als einer unserer Kunden verlangte, dass unser Team das Design für die Fertigung (DFM) eines medizinischen Geräts mit komplexer Krümmung, die sich über mehrere Ebenen erstreckt, fertigstellt, konnte Root3 Labs nicht die gängigste Fertigungstechnik, das Spritzgießen, einsetzen, um Prototypen in Produktionsqualität herzustellen. Stattdessen wendeten wir ein weniger bekanntes Verfahren an, das Tauchformverfahren. Werfen wir einen Blick darauf, was dieses Verfahren mit sich bringt!
Beim Tauchformen handelt es sich um eine Fertigungstechnik, bei der erhitzte Metallformen in ein flüssiges Polymer getaucht werden, um ein Kunststoffteil zu formen. Es wird häufig für medizinische Ballons, Endoskopkomponenten, Kanülen und Operationshandschuhe verwendet.
Der erste Schritt zur Vorbereitung eines Produkts für das Tauchformen ist die Konstruktion und das Modellieren der Metallformen, die gemeinhin als Dorne bezeichnet werden. Es ist wichtig, ausreichend große Radien in die Konstruktion einzubeziehen, um den Entformungsprozess zu erleichtern. Außerdem sollte an der Oberseite des Dorns zusätzlicher Platz gelassen werden, damit der Hersteller den Dorn beim Eintauchen greifen kann. Nach Fertigstellung des Entwurfs werden die Dorne auf einer CNC-Maschine aus Aluminium oder Stahl hergestellt. Es kann eine Standardoberfläche verwendet werden, aber Elektropolieren ist vorzuziehen, da es den Entformungsprozess erleichtert und zu einem glatteren inneren Hohlraum des Teils führt. Wenn die Dorne fertig sind, werden sie an die Tauchformanlage geschickt.
In der Tauchformanlage werden die Formdorne erhitzt und anschließend in ein flüssiges Polymer getaucht. Das am häufigsten verwendete Polymer ist Flüssig-PVC oder Plastisol. Weitere Kunststoffe sind Latex, Polyurethan, Silikon, Leneopren und Epoxid. Die Dorne können von Hand oder mit einer programmierbaren, automatischen Maschine eingetaucht werden. Das automatisierte Eintauchen ermöglicht eine präzise Steuerung der Ausrichtung des Tauchdorns und der Tauchgeschwindigkeit, was zu konsistenten und wiederholbaren Proben führt. Sobald der Dorn in das Harz eingetaucht ist, verbindet sich das flüssige Polymer mit dem Dorn. Die Dicke des Produkts wird durch die anfängliche Formtemperatur, die Temperatur des Harzes, die Eintauchgeschwindigkeit und die Verweildauer des Dorns im flüssigen Polymer (auch als "Verweilzeit" bezeichnet) bestimmt. Nach einer bestimmten Verweilzeit werden die Dorne aus dem Harzbehälter genommen und zum Trocknen in einen Ofen gelegt. Die Hitze des Ofens vernetzt das Polymer und härtet es zu einem festen Material aus. Schließlich werden die Dorne abgekühlt und die fertigen Teile von den Dornen entfernt. Die Teile sind nun einsatzbereit!
Das Tauchgießen hat mehrere Vorteile gegenüber anderen Herstellungsverfahren. Es hat niedrige Werkzeug- und Produktionskosten, insbesondere im Vergleich zum Spritzgießen. Prototypen können schnell hergestellt werden, und die Auftragsgrößen können von einigen wenigen getauchten Teilen bis hin zu großen Produktionsaufträgen reichen. Bei tauchgegossenen Teilen gibt es keine Trennlinien, und es steht eine Vielzahl verschiedener Materialien und Härtegrade zur Auswahl. Schließlich können im Tauchverfahren auch Teile mit komplexen Krümmungen hergestellt werden, die sonst im Spritzgussverfahren nicht möglich wären.
Die Nachteile des Tauchformens bestehen darin, dass einige Proben Tropfspuren und Blasen enthalten können und die Wandstärke der Teile schwer zu kontrollieren ist. Die Ausrichtung und die Eintauchgeschwindigkeit der Dorne können jedoch optimiert werden, um diese Faktoren in der Produktion zu kontrollieren. Trotzdem kann es vorkommen, dass die Hersteller nicht in der Lage sind, zwei oder mehr Wandstärken für ein bestimmtes Teil anzufordern. Ein letzter Faktor, der zu beachten ist, ist, dass die Dorne so konstruiert werden sollten, dass kleinere Querschnittsflächen, die über größere Querschnittsflächen gezogen werden, mindestens halb so groß sind wie die größere Querschnittsfläche. Ist dies nicht möglich, kann sich die Entformung des Teils als schwierig erweisen und der Dorn muss möglicherweise in separaten Teilen hergestellt werden.
Auch wenn das Tauchformen einige Einschränkungen hat, kann es in manchen Fällen die bevorzugte Fertigungslösung sein. Insgesamt ist das Tauchformen eine wertvolle Fertigungstechnik, mit der sich Ideen kostengünstig, schnell und in hoher Qualität in fertige Produkte umsetzen lassen.
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