In den letzten Jahren wurden die Produktionsaktivitäten verstärkt, um den weltweiten Bedarf an Kunststoffen und Metallen zu decken. Dadurch hat auch der Einsatz von Spritzguss- und Extrusionsverfahren deutlich zugenommen. Mit diesen Verfahren werden Kunststoffe in wettbewerbsfähiger Geschwindigkeit massenhaft hergestellt.
Allerdings weisen die beiden Methoden erhebliche Unterschiede auf. Beispielsweise eignet sich Spritzguss besser für dreidimensionale Formen, während Extrusion besser für zweidimensionale Formen geeignet ist. Dieser Blog vergleicht diese Verfahren weiter und untersucht ihren Einsatz in der Kunststoffherstellung, ihre Vor- und Nachteile sowie die wichtigsten Unterschiede.
Inhaltsverzeichnis
Spritzgussverfahren
Extrusionsverfahren
Unterschiede zwischen Spritzguss und Extrusion
Zusammenfassung
Spritzgussverfahren
Weltweit setzen Hersteller auf Prozesse und Innovationen, die eine kostengünstige Massenproduktion ermöglichen. Infolgedessen ist das Spritzgießen für die meisten Hersteller zum Verfahren der Wahl geworden, da es eine kostengünstige Technologie nutzt, um eine Massenproduktion und vielfältige Anwendungen zu ermöglichen. Dies wird durch die schnell wachsende Größe des weltweiten Injektionsmarktes belegt, der mit geschätzt wurde 261.8 Milliarden US-Dollar im Jahr 2021 und soll zwischen 4.8 und 2022 mit einer jährlichen Wachstumsrate von 2030 % wachsen.
Beim Spritzgussverfahren wird das Kunststoffharz mithilfe von Hitze, Druck, einem Injektor und einer Form in komplexe Kunststoffprodukte umgewandelt. Dabei wird fester Kunststoff bei einem bestimmten Schmelzpunkt geschmolzen und mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit in eine Formstruktur eingespritzt. Der Injektionsmaschine sorgt für den nötigen Druck, während der Wasserweg die Kühlung erleichtert, um das gewünschte Produkt zu erhalten.
Vorteile des Spritzgießens
- Hohe Präzision und Genauigkeit
- Kompatibilität mit den meisten Kunststoffen
- Kostengünstig für die Massenproduktion
- Hohe Effizienz und Produktivität
- Gleichbleibende Leistung
Nachteile
- Lange Vorlaufzeiten
- Für Kleinserienproduktion ungeeignet
- Hohe Einrichtungskosten
Extrusionsverfahren
Das Wachstum im globalen Fertigungssektor befeuert die Nachfrage nach Extrusionsmaschinen. Diese Nachfrage spiegelt sich im globalen Markt für Extrusionsmaschinen wider, der mit bewertet wurde 8.33 Milliarden US-Dollar im Jahr 2022 und soll zwischen 4.3 und 2023 mit einer jährlichen Wachstumsrate von 2030 % wachsen.
Extrudierte Produkte sind sehr gefragt, da sie in zahlreichen Branchen weltweit eingesetzt werden, darunter in der Automobil-, Konsumgüter- und Verpackungsindustrie. Während das Extrusionsverfahren bei Metallen und Keramiken eingesetzt werden kann, wird es hauptsächlich bei Kunststoffmaterialien eingesetzt, was hierfür verantwortlich ist 76.9% des weltweiten Umsatzanteils im Jahr 2022.
Beim Extrusionsprozess werden thermoplastische Materialien einem Eindringling zugeführt, wo sie erhitzt, geschmolzen und dann durch die Düse gedrückt werden, um eine kontinuierliche, spezifische Form zu erzeugen. Der Extruder besteht typischerweise aus einer rotierenden Schnecke, die das geschmolzene Material vorwärts drückt und so für den nötigen Druck für die Extrusion sorgt. Beim Austritt aus der Matrize verfestigt sich das Material und behält die gewünschte Form. Dieses Verfahren eignet sich zur Herstellung von Produkten wie z Blasfolien, Platten, Rohre, Stäbe und geformte Materialien.
Vorteile
- Ideal für die Massenproduktion
- Sehr vielseitig
- Kostengünstig
- Tolles Oberflächenfinish
Nachteile
- Unfähigkeit, mit Abweichungen im Querschnitt oder der Größe umzugehen
- Mögliche Umweltbedenken
Unterschiede zwischen Spritzguss und Extrusion
Trotz der wahrgenommenen Ähnlichkeiten zwischen Spritzguss- und Extrusionsprozessen unterscheiden sie sich in verschiedenen Aspekten, einschließlich der Prozessgrundlagen, dem Präzisionsgrad und der Kompatibilität.
Prozess
Spritzguss und Extrusion nutzen unterschiedliche Verfahren zur Herstellung des Endprodukts.
1) Spritzgussverfahren
Der Spritzgussprozess beginnt damit, dass das Material geschmolzen und in eine Formstruktur mit Hohlräumen der gewünschten Form eingespritzt wird, wo es dann abkühlt und erstarrt. Der Prozess erfolgt in einem spezifischen Zyklus, der aus den sieben unten beschriebenen Hauptphasen besteht.
- Vorbereitungen vor dem Formen
Hersteller, die Qualitätsprodukte herstellen möchten und eine reibungslose Produktion anstreben Kunststoff-Spritzguss Der Prozess übernimmt verschiedene Vorbereitungsaktivitäten. Diese beinhalten:
- Vorbehandlung der Rohstoffe
- Reinigung des Laufs
- Vorwärmen des Einsatzes
- Auswahl eines Trennmittels
- Material hinzufügen
Der erste Schritt im Spritzgussprozess ist das Hinzufügen der Materialien. Die Zugabe der Materialien sollte quantitativ erfolgen, indem das Volumen konstant gehalten wird, um Betriebsstabilität und Gleichmäßigkeit der Plastifizierung zu gewährleisten und so qualitativ hochwertige Produkte zu erhalten.
- Plastifizieren
Das Fass im Spritzgießmaschine dient zum Erhitzen, Pressen und Mischen des Formstoffs und verwandelt ihn so vom körnigen Feststoff oder losen Pulver in eine kontinuierlich homogenisierte Schmelze.
- Injizieren
Der Kolben oder die Schraube übt einen erheblichen Druck auf den Einspritzzylinder und den Kolben aus und treibt die plastifizierte Kunststoffschmelze sowohl durch die vordere Düse des Zylinders als auch durch die Düse der Form.
- Kühlung
Sobald die Kunststoffschmelze in den geschlossenen Formhohlraum eingespritzt wird, werden Kühlmaterialien wie Wasser, Luft oder Öl eingeleitet, um die Form weiter zu kühlen.
- Entformen
Zu diesem Zeitpunkt wird der abgekühlte Kunststoff mithilfe einer Auswurftechnik, beispielsweise über Auswerferstifte oder -platten, aus der Form gedrückt. Diese Phase markiert das Ende des Spritzgussprozesses, indem sie sicherstellt, dass das fertige Teil von der Form getrennt wird, ohne dass es zu Beschädigungen oder Verformungen in seiner Form kommt.
- Produktnachbearbeitung
Diese Nachbearbeitungsphase umfasst verschiedene Aktivitäten, wie z. B. das Entfernen von Restspannungen in Formteilen, die sich in Dickenschwankungen, Rissen oder verzerrten Formen widerspiegeln. Dabei kann es sich auch um eine Befeuchtung handeln, die eine Stabilisierung der Farbe, Leistung und Größe des Formteils mit sich bringt.
2) Der Extrusionsprozess
Bei der Extrusion wird das Polymermaterial mithilfe einer Schnecke oder eines Kolbens unter Druck durch eine Düse gedrückt. Der Extrusionsprozess gliedert sich in drei Phasen:
- Materialplastifizierung und Druckbeaufschlagung
In dieser Phase wird das Rohmaterial in Form von Pellets oder Granulat in die Anlage gegeben Extruder durch den Trichter. Anschließend wird das Material mit einer Schnecke in den Zylinder gedrückt und dort Hitze und mechanischer Einwirkung ausgesetzt, um die Plastifizierung einzuleiten. Dadurch wird das Material in einen geschmolzenen oder plastifizierten Zustand überführt. Gleichzeitig erzeugt eine rotierende Schnecke Wärme, fördert das Mischen und übt Druck aus, um eine gleichmäßige Plastifizierung des Materials sicherzustellen.
- Stoßen
In dieser Phase durchläuft das extrudierte Material die Formelemente der Düse, die speziell gestaltete Öffnungen oder Kanäle umfassen. Diese helfen dem extrudierten Material, die gewünschte Form, Form und Abmessungen anzunehmen.
- Kühlung
Wenn das extrudierte Material die Düse verlässt, gelangt es in eine Kühlzone und wird dort Kühlmechanismen wie Umgebungsluft, Wassersprays oder Kühlbädern ausgesetzt. Dies trägt dazu bei, die Temperatur des Materials zu senken und es zu verfestigen, sodass es vom geschmolzenen Zustand in eine feste Form übergeht.
Verträglichkeit mit Kunststoffen
Während sich einige Arten von Kunststoffen, die beim Spritzgießen und Extrudieren verwendet werden, überschneiden können, sind bestimmte Materialien aufgrund unterschiedlicher Eigenschaften und Kompatibilität möglicherweise besser für den einen oder anderen Prozess geeignet. Beispielsweise ist Spritzguss mit allen Arten von Kunststoffen kompatibel, einschließlich Thermoplasten und den meisten duroplastischen Kunststoffen. Diese Kompatibilität basiert auf der Fähigkeit des Prozesses, Materialien mit komplexer chemischer Zusammensetzung zu verarbeiten.
Im Gegenteil, die meisten Extruder sind hauptsächlich mit Thermoplasten mit hervorragenden Schmelzfließeigenschaften und Stabilität kompatibel. Dies liegt daran, dass der Prozess für eine reibungslose Extrusion hauptsächlich auf den kontinuierlichen Materialfluss angewiesen ist.
Präzision
Spritzguss bietet eine höhere Präzision und engere Toleranzen als Extrusion. Es ist bekannt für seine Fähigkeit, hochpräzise und komplexe Teile mit ausgezeichneter Maßgenauigkeit herzustellen. Dies liegt daran, dass bei diesem Verfahren das geschmolzene Material unter hohem Druck in einen geschlossenen Formhohlraum eingespritzt wird, wodurch eine präzise Kontrolle über Form, Größe und Oberflächenbeschaffenheit des Endprodukts ermöglicht wird.
Beim Extrudieren fließt das geschmolzene Material kontinuierlich durch eine Düse. Die Extrusionsdüsen können zwar präzise gefertigt werden, die Präzision ist jedoch geringer als beim Spritzgießen. Allerdings kann die Extrusion akzeptable Präzisionsniveaus erreichen, insbesondere bei einfacheren Formen und Projekten, die weniger strenge Toleranzen erfordern.
Materielle Fließfähigkeit
Die Materialfließfähigkeit ist für beide Prozesse eine entscheidende Komponente. Jedoch, Spritzgießen erfordert eine höhere Materialfließfähigkeit, um eine ordnungsgemäße Formfüllung sicherzustellen, insbesondere bei komplizierten und dünnwandigen Produkten. Das in diesem Prozess verwendete geschmolzene Material muss eine ausgezeichnete Fließfähigkeit aufweisen, damit es sich leicht in die komplexen Konturen, Ecken und dünnen Abschnitte der Formhohlräume verteilen kann.
Im Gegensatz dazu stellt die Extrusion aufgrund ihres kontinuierlichen und ergebnisoffenen Charakters weniger strenge Anforderungen an den Materialfluss. Für diesen Prozess ist es nicht erforderlich, komplexe Formhohlräume zu füllen, was bedeutet, dass die Materialien nur eine ausreichende Fließfähigkeit benötigen, um reibungslos durch die Düse zu fließen und eine konsistente Form und Abmessungen entlang der Länge des extrudierten Produkts beizubehalten.
Stärke schmelzen
Beide Prozesse erfordern unterschiedliche Schmelzfestigkeitsgrade. Beispielsweise erfordert das Spritzgießen keine hohe Schmelzfestigkeit, da die Kunststoffe in einer Form geformt werden und daher geometrischen Einschränkungen unterliegen. Darüber hinaus werden die Materialien unter kontrollierter Kühlung eingespritzt, was eine schnelle Erstarrung ermöglicht.
Bei der Extrusion tritt das Material ungehindert aus der Düse aus und kann nachfolgende Prozesse wie Thermoformen und Hohlblasformen erfordern. Diese Prozesse können zu Verformungen wie Durchhängen und Dehnen führen, die die Qualität des Endprodukts beeinträchtigen können. Daher ist die erforderliche Metallfestigkeit beim Extrudieren höher als beim Spritzgießen.
Zusammenfassung
Das Wachstum im verarbeitenden Gewerbe hat die Einführung von Spritzguss und Extrusion deutlich vorangetrieben. Obwohl beide Verfahren in der Kunststoffproduktion eingesetzt werden, weisen sie erhebliche funktionelle Unterschiede und Eigenschaften auf. Beispielsweise eignet sich Spritzguss für 3D-Produkte, während Extrusion für 2D-Produkte geeignet ist. Darüber hinaus ist das Spritzgießen im Vergleich zur Extrusion mit einer Vielzahl von Kunststoffen kompatibel. Daher sollte die Wahl zwischen beiden auf einer sorgfältigen Überlegung und Planung des Prozesses, der Materialien und der Effizienz basieren.
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