Unterstützung bei der Auswahl des Kunststoffmaterials

Design

Das Design eines Bauteils oder einer fertigen Baugruppe wird im Allgemeinen mit dem Ziel definiert, die funktionalen Anforderungen der Anwendung zu erfüllen. Der Entwurf muss jedoch unbedingt überprüft werden, sodass weder beim Herstellungsprozess noch beim Material Versäumnisse vorliegen, die sich nachteilig auf die Leistung des Endprodukts auswirken könnten, und um alle für die Materialauswahl entscheidenden Merkmale zu definieren. Einige allgemeine Kriterien, die zu berücksichtigen sind:

Wanddicke: Gleichmäßigkeit, Rippen-zu-Wanddicke-Verhältnis und dünne oder dicke Bereiche, die für die Leistung des Teils entscheidend sind
Ecken: Korrekte Nutzung von Radien und Vermeidung von scharfen Kanten
Belastung: Stellen mit dem Risiko einer hohen Belastungskonzentration
Maßhaltigkeit: Bereiche, in denen Gefahr einer ungleichmäßigen Schrumpfung oder Verformung besteht
Kühlung: Geometrie, die eine Herausforderung für die Kühlung darstellen kann

Die sorgfältige Prüfung des Entwurfs und die Vorbereitung und Flexibilität bei Alternativen oder Änderungen während der Materialauswahl sind wichtige Faktoren. Manchmal empfiehlt sich eine Konstruktionsänderung, die den Einsatz eines weniger leistungsfähigen (und preiswerteren) Materials für die Anwendung ermöglicht.

Leistungs- und Funktionsanforderungen

Neben den konstruktiven Überlegungen ist es wichtig, die Leistungsanforderungen für die Endanwendung zu definieren, einschließlich aller ggf. geltenden gesetzlichen oder behördlichen Einstufungen. Zu berücksichtigende Fragen:

Was sind die Anforderungen des Marktes und der Endverbraucher?
Was sind die mechanischen Aspekte?
Steifigkeit, Festigkeit, Schlagzähigkeit, Ermüdung, Kriechverhalten, Härte, Anforderungen bei erhöhten Temperaturen oder Feuchtigkeit usw.
Welche Abmessungen und Toleranzen sind erforderlich?
Welchen Umweltbedingungen ist das Produkt oder Bauteil ausgesetzt?
Temperaturextreme, Feuchtigkeit, UV-Belastung, chemische Belastung usw.
Gibt es Anforderungen an Verschleiß, Abrieb oder Reibung?
Was sind die ästhetischen Anforderungen (z. B. Glanz, Textur, Farbe usw.)?
Gibt es Markt-, Produkt- oder behördliche Vorschriften?
Flammbeständigkeit, elektrische Eigenschaften, FDA, ISO10993 oder USP Class VI, NSF, UL, Mil Standard, FMVSS, CSA, Automotive-Freigaben, RoHS, REACH, CA Prop 65 usw.
Müssen Sterilisationsanforderungen berücksichtigt werden, z. B. Autoklav, EtO, Bestrahlung usw.?
Gibt es Nachhaltigkeitsanforderungen?
Recycelter Inhalt, Biogehalt, Kompostierbarkeit usw.

Prozess und Werkzeuge

Auch der Herstellungsprozess muss bei der Materialauswahl sorgfältig berücksichtigt werden, damit relevante Details nicht übersehen werden und die damit verbundenen Anforderungen durch das gewählte Material erfüllt werden können.

Den Prozess definieren: Spritzguss, Extrusion, Extrusionsblasen, Spritzblasen, Thermoformen, Rotation, Folie, etc.
Prozessbedürfnisse: Fließverhalten, Schrumpfung, Ablösung oder Schlupf, Verstopfungsschutz, geringe Wasserverschleppung, Granulat- oder Maschengröße usw.
Werkzeuge: Kavitation, Zugerwägungen, Anschnitt und Schmelzezufuhr, Entlüftung, Kühlung, Stahltypen, Blasverhältnis, Abquetschung der Blasform und Stegauslegung, Ausrichtung der Blasdorne usw.
Sekundärprozesse und Automation: Zuschneiden, Bohren, Befestigen, Kleben, thermisches Schweißen, Dekorieren oder Lackieren usw.

Ranganforderungen

Es ist wichtig, die Prioritäten zu setzen, welche Materialeigenschaften für eine Anwendung oder ein Bauteil am wichtigsten sind. Um dieses Ziel zu erreichen, müssen die Anwendungsanforderungen überprüft und nach Priorität geordnet werden, so dass die wichtigsten Anforderungen als Richtschnur für den Materialauswahlprozess dienen.

Wenn eine Anwendung beispielsweise ein transparentes Material mit hervorragender Lichtdurchlässigkeit und UV-Beständigkeit für den Außenbereich erfordert, kann die Anzahl der Materialoptionen auf ein einziges Material wie Acryl (Polymethylmethacrylat) beschränkt sein.

Eine andere Anwendung kann ein transparentes Material erfordern, wobei andere funktionelle Eigenschaften weniger wichtig sind. In diesem Fall können verschiedene Materialien in Betracht gezogen werden, wie z. B.:

Acryl (PMMA)
PC
GPPS
SAN

Die Einstufung und Überprüfung der für die Anwendung wichtigsten Anforderungen trägt dazu bei, dass die geeigneten Materialien für die Anwendung in Betracht gezogen werden, und unterstützt auch das Ziel, kostengünstigere Materialien zu finden, die ebenfalls die festgelegten Anforderungen erfüllen.

Materialbewertung

Nach der Festlegung und Einstufung der Anforderungen helfen Ihnen unsere technischen Experten bei der Bewertung und dem Vergleich möglicher Materiallösungen für Ihre Anwendung. Bei der endgültigen Auswahl sollten Sie sich an folgenden Kriterien orientieren:

Materialeigenschaften – Datenblätter und ergänzende Materialtestdaten
Regionale und globale Verfügbarkeit
Präferenz des Herstellers
Lieferbarkeit
Bisherige Erfahrung
Wettbewerbliche Bewertungen

Endverwendungstests

Die Prüfung des tatsächlichen Endprodukts oder der Komponente ist zur Bestätigung notwendig, dass das ausgewählte Material, das Teiledesign und der Herstellungsprozess die für die Anwendung erforderliche Leistung erbringen. Dieser Schritt wird in verschiedenen Phasen des Produktentwicklungszyklus durchgeführt, z. B. bei der ersten Prototypenentwicklung, bei der Produktionsvalidierung oder in beiden Fällen. Unsere Experten können Ihnen beim Erstellen eines Prüfplans helfen, die Prüfdaten für die Feststellung analysieren, ob das Material, das Teiledesign oder das Verfahren Ihren Anforderungen entspricht, und Ihnen bei Bedarf Verbesserungsvorschläge unterbreiten.

Mögliche Prüfschritte zur Bewertung der Endergebnisse:

3D-Druck: Für einen grundlegenden „Proof of Concept“.
Prototypenentwicklung: Rapid Cut Tooling zur Bestätigung, dass die Anforderungen an Form, Passung und Funktion sowie die anfängliche Montage und die mechanischen Anforderungen erfüllt sind.
Prototypenprüfung: Laborsimulationen oder reale Tests von Bauteilen oder Baugruppen, um einen frühen Hinweis auf die Leistungsfähigkeit des Produkts zu erhalten. Es ist zu beachten, dass Prototypenteile nicht zu 100 % für die Produktion repräsentativ sind, was bei der Überprüfung der Ergebnisse berücksichtigt werden muss.
Produktionsskalierung:

Erarbeitung einer Validierungs- und Testplanstrategie auf der Grundlage einer Risiko- und Fehlermöglichkeitsbewertung der Komponenten und des Endprodukts oder der Baugruppe.
Entwicklung von Werkzeugen für die Überleitung zur Produktion (geringe Kavitation) oder für die Endproduktion.
Verwendung eines wissenschaftlichen Ansatzes zur Entwicklung des Herstellungsprozesses mit messtechnischen Bewertungen, die Datenerfassung durch DOEs, Fähigkeitsstudien und Erstmusterprüfungen umfassen können.
Bestätigung, dass die Teile die spezifizierten Konstruktions- und Leistungsanforderungen erfüllen, wie sie ursprünglich im Validierungs- und Prüfplan festgelegt wurden.
Durchführung von Bauteil- oder Baugruppenprüfungen, wie z. B. Witterungsbeständigkeit, UL-Flammen- oder elektrische Prüfungen, Falltests, Ermüdung/Vibration, chemische Kompatibilität usw.
Anpassung von Konstruktion, Werkzeugen, Verfahren oder Material nach Bedarf.
Durchführung abschließender Tests des Endprodukts vor der Markteinführung.

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