Wie Sie Teile mit Stützelementen und langlebigen Materialien verstärken

Erhöhen Sie die Festigkeit Ihres Teiledesigns, indem Sie strategische Unterstützungsmerkmale einbauen und die richtigen Thermoplaste auswählen

Produktdesigner verstärken ihre spritzgegossenen Teile auf unterschiedliche Weise und aus unterschiedlichen Gründen. Die Analyse der Teileanwendung ist ein guter erster Schritt, um festzustellen, ob ein Teil zusätzlich verstärkt werden sollte. Wie werden Ihre Kunden Ihr Produkt verwenden und in welcher Umgebung wird es eingesetzt? Möglicherweise benötigen Sie Teile, die wiederholten Stößen standhalten, verschleißfest sind oder schwere Lasten tragen können. Dabei kann es sich um eine einfache Integration von Rippen oder Zwickeln in Ihr Design handeln oder um eine kompliziertere Kombination von Designelementen, die Unterstützungsmerkmale, Material, Wandstärke und vieles mehr umfassen. Das richtige Gleichgewicht der Konstruktionsüberlegungen wird dazu beitragen, den Bedarf an Festigkeit und Stabilität Ihres Teils zu decken.

Rippen und Zwickel

Rippen sind dünne, wandähnliche Elemente, die in der Regel in die Geometrie eines Teils eingearbeitet werden, um Wände oder andere Merkmale wie Vorsprünge von innen zu unterstützen. In ähnlicher Weise sind Zwickel Stützvorrichtungen, die Bereiche wie Wände oder Böden verstärken. So wie Brückenträger und Säulen an ihrem Scheitelpunkt mit Zwickeln abgestützt werden, um der Struktur die nötige Festigkeit zu verleihen, gilt das gleiche Konzept für das Kunststoffspritzgießen.

Unser Konstruktionswürfel veranschaulicht dicke und dünne Rippen, die richtige Verwendung von Zwickeln, gut gestaltete Vorsprünge und andere Überlegungen, die beim Aufbau von Festigkeit in Teilen beachtet werden sollten.*

Sowohl Rippen als auch Zwickel verleihen Teilen Stabilität, ohne dass die Wandstärke erhöht werden muss, und sind besonders vorteilhaft für Teile mit bereits dünnen Wänden, die durch die Abnutzung durch den Endverbraucher gefährdet werden könnten. Es ist wichtig zu beachten, dass Rippen und Zwickel nicht mehr als 60 % der nominalen Wanddicke ausmachen sollten. Diese Merkmale werden dünner gehalten als die Primärwände, um zu dicke Abschnitte an den Schnittstellen von Rippen und Zwickeln mit der Wand zu vermeiden. Wenn an den Übergängen zwischen Rippen und Wänden ein Überschuss an Material zusammenkommt, können auf der Sichtseite des Teils Einfallstellen entstehen.

Produktdesigner können mit verschiedenen Rippenformationen spielen, um quadratische, rechteckige, rautenförmige, dreieckige oder wabenförmige Muster zu erzeugen, die das Teil versteifen. Ein Rippenmuster ist gleichbedeutend mit dem Entkernen von nicht benötigtem Material, so dass nur das Rippenstützsystem übrig bleibt - es reduziert auch das Gewicht und die Kosten des Teils. Denken Sie jedoch daran, keine Oberflächen und Merkmale zu entfernen, die eine Schnittstelle zu den anderen Teilen der Produktbaugruppe bilden.

Abrundungen

Da scharfe Ecken Teile schwächen, können Abrundungen - gebogene Flächen, an denen Rippen auf Wände treffen - auch in die Teilegeometrie integriert werden, um zusätzliche mechanische Spannungskonzentrationen am fertigen Teil zu vermeiden. Ähnlich wie bei den
Zwickeln kann eine zu kleine Abrundung ihre Aufgabe des Spannungsabbaus nicht erfüllen, aber eine zu große Verrundung kann auch hier zu einem Einfall führen. Es ist wichtig, die richtige Größe und Position von Abrundungen (und Rippen und Zwickeln) zu bestimmen. Wenn Sie eine Verrundung an der Innenseite einer Ecke anbringen, fügen Sie, wenn möglich, auch einen Radius an der Außenseite der Ecke hinzu. Wenn das Risiko des Einsinkens in einigen Abschnitten zu hoch ist, sollten andere Methoden zur Festigkeitssteigerung in Betracht gezogen werden.

Thermoplastische Kunststoffe

Die Materialauswahl spielt auch eine Rolle bei der Steifigkeit, Haltbarkeit, Zähigkeit und anderen Merkmalen von Teilen; ein ausgewogenes Verhältnis zwischen diesen Materialeigenschaften und der Funktionalität des Teils ist entscheidend. Ein Produktdesigner kann beispielsweise einen thermoplastischen Kunststoff wählen, der ein steifes, unnachgiebiges Teil ergibt, aber wenn die Anwendung ein hohes Maß an Schlagfestigkeit erfordert, kann die Sprödigkeit eines unnachgiebigen Teils zu dessen Bruch führen. Die Materialeigenschaften unterscheiden sich von Kunststoff zu Kunststoff - hier ein Überblick über einige unserer am häufigsten verwendeten Materialien,

ABS ist ein guter, stabiler Kunststoff für den Endverbraucher, der im täglichen Gebrauch zäh und stoßfest ist. ABS wird häufig für Gehäuse von Fernbedienungen, batteriebetriebene Werkzeuge und Gehäuseteile für Monitore, Drucker und Kopierer verwendet. Bei ABS kann es Probleme mit der chemischen Beständigkeit geben.
Polycarbonate ist stoßfester als ABS und eignet sich gut für Linsen und Teile, die mehr Glanz erfordern. Es ist anfällig für Spannungsrisse und birgt die Gefahr, dass es aufgrund von Bedenken hinsichtlich der chemischen Kompatibilität rissig wird.
Ungefülltes Nylon ist biegsam und stoßfest mit guter Gleitfähigkeit für den Verschleiß. Glasfaserfüllstoffe erhöhen die Steifigkeit und Druckfestigkeit von Nylon, aber das Material wird bei Stößen spröde. Glasfaserfüllstoffe erhöhen die Wärmeableitung.
Acetal ist ein ausgezeichnetes selbstschmierendes Lagermaterial mit hervorragenden Verschleißeigenschaften und guter Steifigkeit. Es eignet sich nicht für kosmetische Teile oder Teile, die Tampondruck, Farbe oder Aufkleber erfordern.
TPEs eignen sich hervorragend für Staubdichtungen und die Polsterung von Ecken, um die Stoßfestigkeit zu erhöhen, und werden in Overmoulding-Anwendungen für Griffeigenschaften verwendet. Sie eignen sich nicht immer für dynamische Anwendungen; statische Anwendungen sind am besten geeignet. Bei TPE kann es Probleme mit der chemischen Beständigkeit geben.

Verstärkungsmaterialien mit einem Zusatzstoff können auch die Festigkeit von Teilen erhöhen. Lange und kurze Glasfasern machen Kunststoffe stärker und steifer (aber spröder), und Karbonfasern können Harze noch steifer machen. Mineralien wie Talk und Ton werden häufig als Füllstoffe verwendet, um die Härte der fertigen Teile zu erhöhen, und Glaskugeln und Glimmerflocken werden zur Versteifung eines Teils und zur Verringerung von Verzug und Schrumpfung eingesetzt.

Wandstärke

Wenn Sie einem Teil mehr Festigkeit verleihen möchten, müssen Sie manchmal einfach die Gesamtwandstärke erhöhen. Protolabs bietet eine Liste mit empfohlenen Wandstärken je nach Kunststofftyp, um die Konstruktion von Teilen zu erleichtern, die weder zu dünn noch zu dick sind. Je größer die Teile werden, desto mehr muss auf Rippen, Knotenpunkte, Materialien und andere Faktoren geachtet werden, die die Festigkeit verbessern. Wie üblich stehen unsere Anwendungstechniker zur Verfügung, um die Teilegeometrie und -konstruktion zu besprechen. Achten Sie auch auf dieinteraktive Machbarkeitsanalyse, die bei Protolabs zu jedem angebotenen Teil gehört.