Wat is spuitgieten van kunststof?

Spuitgieten van kunststof is een productieproces waarbij gesmolten kunststof in een matrijs wordt geïnjecteerd om driedimensionale kunststof onderdelen te produceren. Het proces begint met het verwarmen van kunststof pellets/granulaat tot ze smelten. Vervolgens wordt het gesmolten kunststof onder hoge druk in een matrijs gespoten, waar het afkoelt en stolt tot de gewenste vorm.

Het spuitgietproces wordt veel gebruikt in verschillende industrieën vanwege de mogelijkheid om complexe vormen en grote aantallen onderdelen efficiënt te produceren. Het kan worden toegepast op verschillende soorten thermoplastische materialen, zoals waaronder polyethyleen (PE), polypropyleen PP, polystyreen (PS), acrylonitril-butadieen-styreen (ABS), polycarbonaat (PC), polyamide (PA) en vele andere.

Enkele voordelen van het spuitgieten van kunststof zijn onder meer de hoge nauwkeurigheid en herhaalbaarheid van de vervaardigde onderdelen, evenals de mogelijkheid om complexe geometrieën te realiseren. Daarnaast kan het spuitgietproces kosteneffectief zijn bij het produceren van grote hoeveelheden onderdelen.

Er zijn verschillende spuitgiettechnieken voor kunststoffen, die worden gekozen op basis van factoren zoals het ontwerp van het onderdeel, de vereiste nauwkeurigheid, de materiaaleigenschappen en de gewenste productie-efficiëntie.

Welke spuitgiettechnieken van kunststoffen zijn er?

Er zijn verschillende spuitgiettechnieken die worden gebruikt bij de productie van kunststofonderdelen. Hier zijn enkele veelvoorkomende spuitgiettechnieken:

Conventioneel spuitgieten: Dit is de meest gebruikelijke vorm van spuitgieten, waarbij gesmolten kunststof/plastic onder hoge druk in een matrijs wordt geïnjecteerd. Na het afkoelen en stollen wordt het onderdeel uit de matrijs verwijderd.

Multi-shot spuitgieten: Dit is een techniek waarbij meerdere materialen of kleuren in één matrijs worden geïnjecteerd om complexe onderdelen te produceren met verschillende eigenschappen of kleuren. Hierbij spreken we ook wel van 2K of 3K spuitgieten. Dit staat voor 2 componenten of 3 componenten die gebruikt worden om het eindproduct te maken. Om een afdichting (seal) te integreren wordt deze techniek veel toegepast. 

Insert molding: Hierbij worden metalen of andere componenten in de matrijs geplaatst voordat het spuitgietproces begint. De kunststof wordt vervolgens geïnjecteerd en vormt zich rond de ingevoegde componenten, waardoor een samengesteld onderdeel ontstaat. Deze techniek wordt veelal toegepast om de functionaliteit of prestatie te verhogen van het product. Te denken valt bijvoorbeeld aan inserts van staal, koper of kunststof, die bijvoorbeeld zorgen voor extra stevigheid, stijfheid of voor geleiding.

Inmould decoration: Met deze decoratietechniek is het meteen in de productiegang krasvast toevoegen van logo, merknaam of identificatie van het product mogelijk door de kunststof vast tegen de folie met opdruk te spuitgieten. Door voor deze techniek te kiezen bespaart men de kosten van latere opdruk. Naast (bedrukte) folie kunnen ook andere decoratiematerialen zoals houtfineer of textiel worden toegepast.

In-line spuitgieten: Dit is een geavanceerde productietechniek die vooral geschikt is voor grote productieseries waar snelheid, efficiëntie en consistentie van groot belang zijn. Het biedt een geïntegreerde aanpak waarbij het gehele productieproces naadloos verloopt, wat resulteert in hogere productiesnelheden en lagere kosten per eenheid.

Assembly spuitgieten: Deze techniek is ook wel bekend als “two-shot molding” of “multi-material injection molding,” is een geavanceerde techniek in de spuitgietindustrie waarbij twee of meer verschillende kunststoffen of materialen in een enkele productiecyclus worden gecombineerd. Dit proces maakt het mogelijk om complexe onderdelen te vervaardigen die uit meerdere materialen bestaan zonder dat er een aparte assemblagestap nodig is.

Gasassisted spuitgieten: Hierbij wordt tijdens het spuitgietproces gas in de matrijs geïnjecteerd, waardoor holtes in het onderdeel worden gevuld en de vorming van interne spanningen wordt verminderd. Dit kan resulteren in onderdelen met een hogere sterkte en dimensionale stabiliteit.

Mucell-schuimspuitgieten: Dit is een techniek waarbij gas wordt geïnjecteerd in het gesmolten kunststof om een schuimachtige structuur te creëren. Dit vermindert het gewicht van het onderdeel en verbetert de isolatie- en akoestische eigenschappen.

De keuze voor de juiste spuitgiettechniek hangt af van verschillende factoren, waaronder de complexiteit van het onderdeel, de gewenste materiaaleigenschappen en de vereiste productie-efficiëntie.

Wat is een spuitgietmachine?

Een spuitgietmachine is een apparaat dat wordt gebruikt voor het spuitgieten van kunststoffen, waarbij gesmolten kunststofmateriaal onder hoge druk in een mal wordt geïnjecteerd om onderdelen met een specifieke vorm te produceren. Hier volgt een gedetailleerde uitleg over de verschillende onderdelen en functies van een spuitgietmachine:

Hoofdcomponenten van een spuitgietmachine

• Hopper (Trechter): Dit is de invoeropening waar het kunststofgranulaat wordt toegevoegd. Het materiaal valt door de trechter in de cilinder waar het wordt gesmolten.
• Cilinder: Een verwarmde buis waarin het kunststofgranulaat wordt gesmolten.
• Schroef: Een draaiende schroef binnen de cilinder transporteert, mengt en smelt het materiaal. De schroef heeft meerdere secties (invoer, compressie en metering) die elk een specifieke rol spelen in het smeltproces.
• Spuitunit: De gesmolten kunststof wordt door de schroef naar voren geduwd en met hoge druk in de matrijs geïnjecteerd. De schroef fungeert hierbij als een plunjer.
• Matrijs: De matrijs is een precisiegereedschap dat bestaat uit twee of meer delen die samen de vormholtes van het te produceren onderdeel vormen. De matrijs kan complexe vormen bevatten en wordt vaak gemaakt van gehard staal of aluminium.
• Clamping Unit (Klemunit): Deze unit houdt de matrijs stevig gesloten tijdens de injectie en koeling. Het zorgt ervoor dat de matrijs de hoge druk van de geïnjecteerde kunststof kan weerstaan zonder te lekken.
• Koelsysteem: Een systeem van kanalen in de mal waar koelwater doorheen stroomt om het kunststof snel af te koelen en te laten stollen.
• Uitwerpmechanisme : Mechanismen zoals uitwerpers of uitwerpstiften worden gebruikt om het afgekoelde en geharde onderdeel uit de matrijs te verwijderen nadat deze is geopend.
• Besturingssysteem : Moderne spuitgietmachines zijn uitgerust met geavanceerde besturingssystemen die de temperatuur, druk, snelheid van de schroef en andere procesparameters nauwkeurig regelen en monitoren.

Typen spuitgietmachines

Hydraulische Spuitgietmachines

Deze machines gebruiken hydraulische druk om de schroef en de klemunit aan te drijven. Ze zijn robuust en kunnen zeer hoge drukken genereren.

Elektrische Spuitgietmachines

Deze machines maken gebruik van elektrische servo-motoren voor de aandrijving van de schroef en de klemunit. Ze bieden hogere precisie, energie-efficiëntie en schonere werking.

Hybride Spuitgietmachines

Een combinatie van hydraulische en elektrische aandrijvingen, die de voordelen van beide technologieën combineren.

Hoe werkt spuitgieten van kunststoffen?

Spuitgieten van kunststoffen, ook wel injectiegieten genoemd, is een veelgebruikte productietechniek voor het vervaardigen van kunststof onderdelen met een hoge precisie en in grote aantallen. Hieronder volgt een gedetailleerde beschrijving van het proces:

Stap 1: Voorbereiding van het materiaal

• Granulaat: Kunststof materiaal in de vorm van kleine korrels (granulaat/pellets) wordt als basismateriaal gebruikt.
• Droging: Sommige kunststoffen moeten worden gedroogd om vocht te verwijderen dat de kwaliteit van het eindproduct kan beïnvloeden.

Stap 2: Smelten van het materiaal

• Voorsmeltzone: Het granulaat wordt vanuit een trechter in een verwarmde cilinder gevoerd.
• Verwarmen en transporteren: In de cilinder bevindt zich een schroef die draait en het materiaal naar voren duwt terwijl het wordt verwarmd. De wrijving en de verwarmingselementen zorgen ervoor dat het granulaat smelt tot een vloeibare massa.

Stap 3: Injectie in de matrijs

• Injectiefase: Zodra het kunststofmateriaal volledig is gesmolten, wordt de schroef vooruit geduwd als een plunjer, waardoor het vloeibare kunststofmateriaal met hoge druk in een gesloten matrijs wordt geïnjecteerd.
• Vormvulling: Het gesmolten kunststof stroomt in de holtes van de matrijs, die de vorm van het gewenste onderdeel bepalen.

Stap 4: Koelen en stollen

• Koelfase: Het kunststofmateriaal begint af te koelen zodra het in de matrijs zit. De matrijs kan worden voorzien van koelkanalen waardoor koelwater wordt gepompt om dit proces te versnellen.
• Stollen: Terwijl het materiaal afkoelt, stolt het en neemt het de vorm van de matrijs aan.

Stap 5: Uitwerpen van het onderdeel

• Openen van de matrijs: Nadat het kunststofmateriaal voldoende is afgekoeld en uitgehard, wordt de matrijs geopend.
• Uitwerpen: Het afgewerkte onderdeel wordt uit de matrijs verwijderd met behulp van uitwerpmechanismen zoals pinnen.

Stap 6: Nabewerking (indien nodig)

• Verwijderen van bramen: Eventuele overtollige materiaalresten of bramen worden verwijderd.
• Afwerking: Afhankelijk van de vereisten kan het onderdeel worden bedrukt, geassembleerd met andere onderdelen of op een andere manier worden nabewerkt.

Voordelen van spuitgieten

• Hoge productie-efficiëntie: Zeer geschikt voor massaproductie.
• Precisie en detail: Kan complexe vormen en fijne details reproduceren.
• Automatisering: Proces kan sterk worden geautomatiseerd, wat arbeidskosten vermindert.
• Materiaalkeuze: Breed scala aan kunststoffen kan worden gebruikt, inclusief met vulstoffen versterkte materialen.

Waarom spuitgieten van kunststoffen?

Het spuitgieten van kunststoffen wordt om verschillende redenen gekozen als productiemethode:

1. Ontwerpvrijheid: Het spuitgietproces biedt ontwerpvrijheid en flexibiliteit, waardoor ontwerpers creatieve oplossingen kunnen realiseren zonder beperkingen die vaak gepaard gaan met andere productiemethoden.
2. Materiaalkeuze: Spuitgieten kan worden toegepast op een breed scala aan thermoplastische materialen, waardoor fabrikanten de flexibiliteit hebben om het juiste materiaal te kiezen dat voldoet aan de vereisten van het onderdeel, zoals sterkte, stijfheid, chemische bestendigheid, enzovoort.
3. Complexiteit: Spuitgieten maakt het mogelijk om complexe geometrieën en details te produceren die moeilijk of onmogelijk zijn met andere productiemethoden. Dit omvat dunne wanden, ribben, schroefdraad, inzetstukken en andere complexe kenmerken.
4. Nauwkeurigheid: Het proces biedt een hoge mate van precisie en herhaalbaarheid bij het produceren van onderdelen. Dit maakt het geschikt voor toepassingen waarbij strakke toleranties en consistente kwaliteit vereist zijn.
5. Minimale nabewerking: Onderdelen die zijn geproduceerd via het spuitgietproces hebben vaak weinig of geen nabewerking nodig, waardoor verdere kosten en doorlooptijd worden bespaard.
6. Efficiëntie: Het spuitgietproces maakt het mogelijk om grote aantallen onderdelen snel en efficiënt te produceren. Hierdoor is het geschikt voor massaproductie en kan het de productiekosten per onderdeel verlagen.
7. Kostenbesparing: Hoewel de initiële kosten voor het maken van spuitgietmatrijzen hoog kunnen zijn, kunnen de kosten per onderdeel aanzienlijk worden verlaagd bij het produceren van grote hoeveelheden. Hierdoor is spuitgieten vaak kosteneffectief op de lange termijn.

Al met al biedt het spuitgieten van kunststoffen een combinatie van efficiëntie, precisie, veelzijdigheid en kosteneffectiviteit die het een aantrekkelijke keuze maakt voor verschillende industrieën en toepassingen.