Das Spritzgießen ist ein bewährtes, kostengünstiges Fertigungsverfahren, das für eine bemerkenswert breite Palette von Produkten eingesetzt wird – von medizinischen Geräten und Kinderspielzeug bis hin zu Haushaltsgeräten und Automobilkomponenten. Es liefert zuverlässig Teile, die robust und leicht sind und in vielen Fällen schwerere, bearbeitete oder gegossene Metallteile ersetzen können.
Dennoch reicht ein standardmäßiges spritzgegossenes Kunststoffteil allein manchmal nicht aus. Geringe Vibrations- oder Schlagfestigkeit, rutschige Oberflächen, ergonomische Mängel und optische Einschränkungen sind häufige Gründe für das Hinzufügen eines zweiten Formteils – typischerweise in Form eines Griffs, einer Abdeckung oder einer Schutzhülle.
Ein herkömmlicher Ansatz besteht darin, diese beiden separaten Formteile mithilfe von Klebstoff, Schrauben oder einer Presspassung miteinander zu verbinden. Diese Methode verursacht jedoch zusätzlichen Montageaufwand, erhöht die Kosten und kann zu uneinheitlichen Ergebnissen führen. Das Umspritzen bietet eine elegantere und zuverlässigere Alternative.
Dieser Leitfaden behandelt drei wichtige Aspekte bei der Konstruktion von Umspritzungen:
Verklebung
Materialien
Grundsätze der Formbarkeit
Was ist Umspritzen?
Beim Umspritzen werden zwei separate Teile durch eine mechanische Verbindung, eine chemische Verbindung oder eine Kombination aus beidem dauerhaft zu einer einzigen Baugruppe verbunden – wodurch sekundäre Montagevorgänge entfallen, das Gesamtproduktdesign vereinfacht und häufig die funktionalen Eigenschaften des fertigen Bauteils verbessert werden.
In der Praxis wird ein zuvor geformtes Teil – das sogenannte Substrat – wieder in die Presse eingelegt. Ein zweites Material aus Kunststoff oder Flüssigsilikonkautschuk (LSR) wird dann darüber, hinein und um das Substrat herum eingespritzt. Dieser Zwei-Schuss-Ansatz erfordert zwei Formen: eine zur Formung des Substrats und eine zweite für die komplette umspritzte Baugruppe. In der Regel lädt ein Bediener das Substrat ein und entnimmt das fertige Teil in einem sogenannten Pick-and-Place-Vorgang.
Vor Beginn eines jeden Designprojekts für das Umspritzen müssen drei Bereiche im Vorfeld sorgfältig berücksichtigt werden:
Haftung
Eine zuverlässige Verbindung zwischen den beiden Materialien ist die Grundlage für jedes erfolgreiche umspritzte Teil.
Materialien
Das Substrat und die Überformungsmaterialien müssen physikalisch, chemisch und thermisch kompatibel sein.
Grundsätze
Die üblichen Konstruktionsregeln für das Spritzgießen gelten auch für das Umspritzen, wobei einige zusätzliche, prozessspezifische Aspekte zu berücksichtigen sind.
Haftung
Bei einem idealen Umspritzteil ist die Deckschicht so fest verbunden, dass sie das Substratmaterial mitreißt oder abzieht, bevor sie sich sauber ablöst. Beispielsweise bilden Thermoplaste wie TPU und TPC starke chemische Bindungen mit ABS, Polycarbonat und PBT Valox (einem Polybutylenterephthalat). Santoprene TPV – ein strapazierfähiges und dennoch flexibles Vulkanisat, das häufig in Wetterdichtungen, Komponenten für die Lebensmittelindustrie sowie in Draht- und Kabelanwendungen eingesetzt wird – ist selektiver und geht leicht eine chemische Bindung mit Polypropylen ein, jedoch nur mit wenigen anderen Substraten.
Allerdings ist eine vollständige chemische Bindung nicht immer erreichbar und auch nicht immer notwendig. Nehmen wir das Beispiel einer Elektronikgehäuseabdeckung mit einer umspritzten Dichtung. Sobald die Abdeckung befestigt ist, wird die Dichtung mechanisch fixiert und kann nicht verrutschen. Die Verbindung muss nur stark genug sein, um die Dichtung während der Montage in Position zu halten – was dies zu einem hervorragenden Anwendungsfall für das Umspritzen macht, da dadurch die Notwendigkeit einer separat gestanzten Papier- oder Gummidichtung entfällt, die andernfalls manuell eingeklebt werden müsste.
Für die meisten Anwendungen wird eine mechanische Verriegelung dringend empfohlen, um eine chemische Verbindung zu ergänzen oder sogar zu ersetzen. Dazu gehört die Konstruktion einer Hinterschneidung, einer umgekehrt konischen Bohrung oder einer Senkbohrung im Substrat, damit das Umspritzmaterial hineinfließt und sich mechanisch um diese herum festsetzt – was eine äußerst zuverlässige Verbindung unter allen bis auf die extremsten Belastungsbedingungen gewährleistet.
Referenz zur Materialverträglichkeit
Die folgende Tabelle zeigt gängige Kombinationen aus Substrat und Umspritzmaterial und gibt an, ob eine chemische Verbindung (C) erzielt wird oder eine mechanische Verbindung (M) erforderlich ist. Verwenden Sie diese Tabelle als Ausgangsreferenz bei der Bewertung von Materialkombinationen.
| Umspritzmaterial | ABS Lustran | ABS/PC Cycolo C2950-111 | PC Lexan | PBT Valox | PP Profax 6323 | Nylon 66 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| TPU – Texin | C | C | C | C | M | M |
| TPV – Santoprene | M | M | M | M | C | M |
| TPE – Santoprene | M | M | M | M | C | M |
| LSR – Elastosil | — | — | M | M | — | M |
| TPC – Hytrel 3078 | C | C | C | C | M | M |
| TPE – Versaflex OM | C | C | C | M | M | M |
| TPE – Versaflex OM | M | M | M | M | M | C |
| TPE – Versaflex OM 6258-1 | M | M | M | M | M | C |
| TPE – Versaflex OM 1040X-1 | C | C | C | M | M | M |
M = Mechanische Verbindung (empfohlen)
Optimale Nutzung Ihrer Materialoptionen
Es gibt zahlreiche Gründe, sich für das Umspritzen zu entscheiden, doch die Verbesserung der Griffigkeit bei gleichzeitiger Wahrung der strukturellen Integrität gehört zu den häufigsten. Der ergonomische Griff eines Elektrowerkzeugs und der rutschfeste Griff eines chirurgischen Instruments sind klassische Beispiele. Für diese Anwendungen ist TPU über ABS eine hervorragende Materialkombination. Das Umspritzen ist auch ein wirksames Mittel für Ästhetik und Markenidentität – beispielsweise könnte ein Sportverein zweiteilige, in den Teamfarben umspritzte Mundschutzschienen herstellen, oder ein Ausrüstungshersteller könnte kontrastierende umspritzte Einsätze verwenden, um die Markenwahrnehmung zu stärken.
Hinweis: Flüssigsilikonkautschuk (LSR)
LSR bietet eine hervorragende Zug- und Reißfestigkeit, ist hydrophob, flexibel und widerstandsfähig gegen Bakterien; aufgrund seiner UV-Beständigkeit und Biokompatibilität eignet es sich für medizinische Anwendungen. Wichtig: Die Formtemperatur von LSR erreicht etwa 350 °F (177 °C), was hoch genug ist, um Substratmaterialien wie ABS und Polyethylen zu verformen. Polybutylenterephthalat (PBT) und glasfaserverstärktes Nylon halten diesen Temperaturen jedoch problemlos stand.
Grundlegende Prinzipien der Formbarkeit beim Überformen
Das Umspritzen folgt denselben grundlegenden Konstruktionsregeln wie das herkömmliche Spritzgießen, wobei einige zusätzliche, für diesen Prozess spezifische Aspekte zu beachten sind:
Sowohl beim Substrat als auch beim Überformteil müssen angemessene Entformungsschrägen, eine gleichmäßige Wandstärke und glatte Übergangslinien gewährleistet sein.
Die Wandstärke der Umspritzschicht sollte gleich oder geringer sein als die Dicke des darunterliegenden Substrats.
Die Schmelztemperatur des Überformungsmaterials sollte niedriger sein als die des Substrats – wie im obigen LSR-Beispiel dargestellt.
Wenn eine chemische Verbindung nicht möglich ist, sind mechanische Verriegelungen eine zuverlässige Alternative und sollten, wo immer praktikabel, integriert werden.
Eine Strukturierung der Substratoberfläche kann die Haftung verbessern. Eine Strukturierung der äußeren Überformungsoberfläche kann die Griffigkeit und die Gesamtästhetik des Produkts verbessern.
Die Oberfläche der Umspritzschicht sollte bündig mit den angrenzenden Substratoberflächen sein oder leicht darunter liegen.
Das Umspritzen ist eine äußerst effektive Methode, um die Leistung, Benutzerfreundlichkeit oder optische Attraktivität eines Produkts zu steigern. Es wird auch häufig als Schritt in der Prototypenentwicklung und Validierung eingesetzt – um die Haftung und Materialverträglichkeit zu testen, bevor man sich auf die größere Investition in ein Zwei-Komponenten-Produktionswerkzeug festlegt – oder als Übergangslösung, während diese Langzeitformen gebaut werden.
Da das Umspritzen naturgemäß komplexer ist als das Ein-Schuss-Spritzgießen, können die Vorlaufkosten für die Werkzeuge etwas höher sein als die kombinierten Kosten für zwei separat montierte Komponenten. In der Praxis wird dieser Unterschied jedoch schnell durch den Wegfall von sekundären Montagevorgängen und die Herstellung eines langlebigeren, qualitativ hochwertigeren Fertigteils ausgeglichen.
Sind Sie bereit, Ihr Design weiterzuentwickeln?
Das Umspritzen bietet echte Verbesserungen in Bezug auf Produktlebensdauer, Griffigkeit, Komfort und Ästhetik – doch der Erfolg hängt davon ab, dass die Konstruktionsdetails von Anfang an stimmen. Für professionelle Umspritzdienstleistungen und kompetente Fertigungsunterstützung besuchen Sie die Umspritzdienstleistungen von LivePoint Tooling →
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