Kunststoffverarbeitung – Verfahren für technische Kunststoffteile
Fertigungsverfahren und ihre konstruktiven Besonderheiten
Die Wahl des geeigneten Fertigungsverfahrens hat entscheidenden Einfluss auf Qualität, Kosten und Funktion eines Kunststoffteils. Bereits während der Konstruktion muss berücksichtigt werden, wie das Bauteil hergestellt wird, da jedes Verfahren spezifische Anforderungen an Geometrie, Wandstärken, Toleranzen und Materialauswahl stellt.
In diesem Kapitel erhalten Sie einen Überblick über die wichtigsten Verfahren der Kunststoffverarbeitung – vom klassischen Spritzguss über Mehrkomponentenspritzguss bis hin zu Blasformen und Umspritztechnologien. Sie erfahren, welche Verfahren sich für welche Anwendungen eignen und welche konstruktiven Besonderheiten bereits in der Entwicklungsphase berücksichtigt werden sollten.
Vergleich der wichtigsten Kunststoffverarbeitungsverfahren
Die folgende Übersicht zeigt die wichtigsten Verfahren der Kunststoffverarbeitung, ihre typischen Einsatzgebiete sowie die jeweiligen Vorteile. Welches Verfahren geeignet ist, hängt unter anderem von Geometrie, Werkstoff, Stückzahl und den funktionalen Anforderungen des Bauteils ab.
| Verfahren | Typische Produkte | Vorteile | Geeignet für |
|---|---|---|---|
| Spritzguss | Gehäuse, technische Formteile | hohe Präzision | Serienfertigung |
| 2K-/3K-Spritzguss | Hart-Weich-Bauteile | Funktionsintegration | HMI |
| Overmolding | Griffe, Dichtungen | Montage entfällt | Mehrkomponenten |
| Sandwichmolding | Strukturteile | Materialeinsparung | große Bauteile |
| Blasformen | Behälter | Hohlkörper | Tanks, Flaschen |
Bereits während der Konstruktion prüfen wir, welches Fertigungsverfahren für das jeweilige Bauteil technisch und wirtschaftlich am sinnvollsten ist. Dabei berücksichtigen wir neben Material und Geometrie auch Werkzeugkosten, geplante Stückzahlen sowie spätere Montageprozesse. Häufig lassen sich durch eine angepasste Konstruktion erhebliche Kosten einsparen oder zusätzliche Montageschritte vermeiden.
Informationen zu verschiedenen Kunststoff-Verarbeitungsmethoden
1. Urformverfahren
Beim Urformen von Kunststoffen werden formlose Ausgangsmaterialien wie Kunststoffgranulate, Pulver oder flüssige Reaktionsmassen in feste Kunststoffformteile überführt. Je nach Verfahren kommen thermoplastische oder duroplastische Kunststoffe zum Einsatz. Durch die gezielte Verarbeitung der Kunststoffmaterialien entstehen Bauteile mit definierten geometrischen, mechanischen und funktionalen Eigenschaften.
Zu den wichtigen Urformverfahren in der Kunststoffverarbeitung zählen das Spritzgießen und das Blasformen, die sich insbesondere hinsichtlich ihrer Prozessführung, Bauteilgeometrien und Einsatzmöglichkeiten unterscheiden.
Spritzgussverfahren zur Herstellung technischer Kunststoffformteile
Das Spritzgussverfahren zählt zu den wirtschaftlichsten und vielseitigsten Fertigungsverfahren zur Herstellung technischer Kunststoffformteile. Beim Kunststoffspritzguss wird das aufbereitete Kunststoffmaterial unter hohem Druck in die Kavität eines Spritzgusswerkzeugs eingespritzt. Bei thermoplastischen Kunststoffen kühlt die Schmelze im Werkzeug ab und erstarrt zur gewünschten Bauteilgeometrie. So entstehen präzise Kunststoffteile mit hoher Maßhaltigkeit und reproduzierbarer Qualität.
Durch die große Auswahl geeigneter Kunststoffmaterialien lassen sich die Eigenschaften der Spritzgussteile gezielt an technische Anforderungen anpassen. Je nach verwendetem Kunststoff können die Formteile beispielsweise eine hohe mechanische Festigkeit, Flexibilität, Temperaturbeständigkeit oder chemische Beständigkeit aufweisen. Auch komplexe Bauteilgeometrien, unterschiedliche Oberflächenstrukturen, Farben und funktionale Elemente lassen sich direkt im Spritzgussprozess realisieren.
Als diskontinuierliches Urformverfahren eignet sich das Kunststoffspritzgießen besonders für die wirtschaftliche Serienfertigung mittlerer bis großer Stückzahlen. Zu den wesentlichen Vorteilen gehören kurze Zykluszeiten, eine hohe Wiederholgenauigkeit und die Möglichkeit, komplexe Kunststoffbauteile mit integrierten Funktionen herzustellen. Dadurch können zusätzliche Bearbeitungs- und Montageschritte reduziert werden.
Obwohl die Herstellung eines Spritzgusswerkzeugs zunächst mit Investitionskosten verbunden ist, bietet das Verfahren bei entsprechenden Produktionsmengen erhebliche wirtschaftliche Vorteile. Die Kombination aus hoher Fertigungseffizienz, konstanter Bauteilqualität und großer konstruktiver Gestaltungsfreiheit macht den Spritzguss zu einem zentralen Verfahren der modernen Kunststoffverarbeitung.
Blasformen / Extrusionsblasformen zur Herstellung von hohlen Kunststoffformteilen
Das Extrusionsblasformen ist ein etabliertes Fertigungsverfahren zur Herstellung von hohlen Kunststoffformteilen aus thermoplastischen Kunststoffen. Es eignet sich insbesondere für die wirtschaftliche Produktion von Kunststoffbehältern, technischen Hohlkörpern und anderen Kunststoffbauteilen mit geschlossenen oder teilweise offenen Hohlräumen.
Beim Extrusionsblasformen wird das Kunststoffgranulat zunächst in einem Extruder aufgeschmolzen und mithilfe einer Förderschnecke durch einen Extrusionskopf gefördert. Dabei entsteht ein schlauchförmiger Vorformling aus Kunststoffschmelze, der zwischen den geöffneten Werkzeughälften positioniert wird. Anschließend schließt sich das Blasformwerkzeug um den Vorformling.
Im nächsten Prozessschritt wird über einen Blasdorn oder eine Blasnadel Druckluft in den Kunststoffschlauch eingebracht. Durch den entstehenden Innendruck dehnt sich der noch formbare Kunststoff aus und legt sich an die Innenkonturen des Blasformwerkzeugs an. Während der anschließenden Abkühlphase erstarrt das Kunststoffmaterial und erhält seine endgültige Bauteilgeometrie. Nach dem Öffnen des Werkzeugs wird das fertige Kunststoffformteil entnommen und gegebenenfalls von überschüssigem Material befreit.
Ein typisches Merkmal extrusionsblasgeformter Kunststoffteile sind sichtbare Quetsch- oder Schweißnähte, die durch das Schließen des Werkzeugs entstehen können. Als Kunststoffmaterialien kommen häufig Polyethylen (PE) und Polypropylen (PP) zum Einsatz, da sich diese Thermoplaste aufgrund ihrer Verarbeitungseigenschaften gut für das Extrusionsblasformen eignen.
Das Verfahren ermöglicht die Herstellung leichter, nahtloser Hohlkörper mit vergleichsweise komplexen Geometrien. Zu den wesentlichen Vorteilen zählen die wirtschaftliche Serienfertigung, die große Gestaltungsfreiheit und die Möglichkeit, unterschiedliche Wandstärken durch eine gezielte Prozessführung zu beeinflussen. Damit eignet sich das Extrusionsblasformen für zahlreiche Anwendungen in der industriellen Kunststoffverarbeitung.
2. Mehrkomponentenspritzgießen / Mehrkomponentenspritzguss
Der Mehrkomponentenspritzguss ermöglicht die Herstellung mehrfarbiger Kunststoffformteile sowie die gezielte Kombination unterschiedlicher Kunststoffe innerhalb eines Bauteils. Mit diesem Fertigungsverfahren lassen sich Zwei-Komponenten- (2K) und Drei-Komponenten-Formteile (3K) herstellen, die verschiedene mechanische, optische und funktionale Eigenschaften miteinander vereinen. Je nach Verfahren und Werkzeugkonzept können mehrere Kunststoffkomponenten in einem integrierten Fertigungsprozess verarbeitet werden. Dadurch entstehen beispielsweise Hart-Weich-Verbindungen, Kunststoffbauteile mit unterschiedlichen Materialhärten oder Formteile mit mehreren Farben.
Zu den wichtigen Verfahren im Mehrkomponentenspritzguss gehören das Overmolding-Verfahren und das Sandwichmolding-Verfahren. Durch die Integration unterschiedlicher Materialien und Funktionen in einem einzigen Kunststoffbauteil können zusätzliche Montageschritte reduziert und die Produktqualität verbessert werden. Das Verfahren eignet sich insbesondere für technische Kunststoffteile, Gehäusekomponenten und funktionale Bedienelemente mit hohen Anforderungen an Design, Ergonomie und Funktionalität.
Mehrkomponentenspritzguss im Overmolding-Verfahren
Das Overmolding-Verfahren ermöglicht die gezielte Kombination unterschiedlicher Kunststoffe zur Herstellung funktionaler Mehrkomponentenbauteile. Dabei wird ein bereits gefertigtes Kunststoffformteil in einem weiteren Spritzgussprozess mit einer zweiten Kunststoffschmelze überspritzt. Je nach Bauteilkonstruktion können die Kunststoffkomponenten miteinander verbunden oder gezielt voneinander getrennt bleiben. Dadurch lassen sich unterschiedliche mechanische, optische und funktionale Eigenschaften in einem Kunststoffbauteil vereinen.
Für Kunststoffformteile mit einer dauerhaften Verbindung zwischen den einzelnen Komponenten ist die Auswahl geeigneter Materialkombinationen entscheidend. Die verwendeten Kunststoffe müssen eine ausreichende Haftung zueinander aufweisen. Mögliche Werkstoffpaarungen sind beispielsweise PP/PE oder PC/ABS, wobei die tatsächliche Verbundfestigkeit von den eingesetzten Kunststofftypen, der Materialverträglichkeit und den Verarbeitungsbedingungen abhängt. Bei Bedarf können zusätzliche konstruktive Verankerungen die Verbindung verbessern.
Darüber hinaus ermöglicht der Mehrkomponentenspritzguss die Herstellung von Kunststoffbauteilen mit beweglichen oder voneinander getrennten Komponenten. Durch die gezielte Kombination nicht haftender Kunststoffe lassen sich beispielsweise Gelenkverbindungen, bewegliche Funktionselemente oder mechanische Baugruppen direkt im Spritzgussprozess realisieren. Dabei müssen die Bauteilgeometrie und die Schwindungseigenschaften der eingesetzten Kunststoffe berücksichtigt werden.
Das Overmolding-Verfahren bietet vielfältige Möglichkeiten zur wirtschaftlichen Herstellung kundenspezifischer Kunststoffformteile. Typische Anwendungen sind rutschfeste Oberflächen, ergonomische Griffe, Soft-Touch-Elemente und Mehrkomponentenlösungen mit unterschiedlichen Materialhärten. Durch die Integration mehrerer Funktionen in einem Kunststoffbauteil können zusätzliche Montageschritte reduziert und die Funktionalität sowie die Gestaltungsfreiheit verbessert werden.
Mehrkomponentenspritzguss im Sandwichmolding-Verfahren
Beim Sandwichmolding-Verfahren, auch als Coinjection-Verfahren bezeichnet, werden Kunststoffbauteile mit einem mehrschichtigen Aufbau aus unterschiedlichen Kunststoffkomponenten hergestellt. Dabei wird die innenliegende Kunststoffkomponente vollständig von einer äußeren Kunststoffschicht umhüllt und ist am fertigen Spritzgussteil nicht sichtbar.
Ein wesentlicher Vorteil dieses Verfahrens ist die Möglichkeit, Kunststoffteile wirtschaftlicher herzustellen, indem für den Kern kostengünstigere Kunststoffe oder geeignete Kunststoffrezyklate eingesetzt werden. Gleichzeitig kann durch die gezielte Kombination unterschiedlicher Kunststoffmaterialien eine hohe Oberflächenqualität erreicht werden. Je nach Materialkombination und Bauteilkonstruktion lassen sich zudem die mechanischen Eigenschaften des Kunststoffbauteils gezielt beeinflussen.
Beim Sandwichmolding werden die einzelnen Kunststoffschmelzen zeitlich aufeinanderfolgend in die Kavität des Spritzgusswerkzeugs eingespritzt. Die zuerst eingebrachte Kunststoffschmelze bildet die äußere Schicht und legt sich an die Werkzeugwand an. Die anschließend eingespritzte zweite Kunststoffschmelze verdrängt die erste Schmelze im Inneren und bildet den Kern des fertigen Kunststoffspritzgussteils.
Grundlage dieses Prozesses ist der sogenannte Quellfluss (Fountain Flow), bei dem die Kunststoffschmelze an der Fließfront nach außen zur Werkzeugwand strömt. Zusammen mit einer geeigneten Prozessführung und dem Fließverhalten der eingesetzten Kunststoffe ermöglicht dies die Ausbildung einer weitgehend geschlossenen äußeren Kunststoffschicht um den inneren Kern
Materialkombinationen im Mehrkomponentenspritzguss
Die Auswahl geeigneter Kunststoffmaterialien und Materialkombinationen ist entscheidend für die Qualität und Funktionalität von Bauteilen im Mehrkomponentenspritzguss. Nicht alle Kunststoffe lassen sich gleichermaßen gut miteinander verbinden.
In unserer Materialübersicht zeigen wir, welche Kunststoffkombinationen eine gute Haftung aufweisen und welche Werkstoffpaarungen weniger geeignet sind. Die Übersicht unterstützt Konstrukteure und Entwickler dabei, geeignete Kunststoffe für ihre individuellen Anforderungen auszuwählen.
Eine optimal abgestimmte Materialkombination trägt maßgeblich zur Verbundfestigkeit, Haltbarkeit und Funktionssicherheit des fertigen Kunststoffbauteils bei. Neben der chemischen Verträglichkeit der Kunststoffe spielen dabei auch die Verarbeitungstemperaturen, die Bauteilgeometrie und die Prozessbedingungen eine wichtige Rolle.
Diese Tabelle finden Sie auch in unserem Design Guide Kunststoff-Formteile >>
Inhaltsverzeichnis Konstruktionsleitfaden für Kunststoff-Formteile
Grundlagen
Bauteilkonstruktion
Werkzeug & Fertigung
Best Practices