Family-Tooling
Steigerung des Produktionsvolumens und Reduzierung der Teilekosten
Sparen mit dem Family-Tooling
Wussten Sie schon, dass Sie bis zu 40 Prozent Ihrer Kosten sparen können, indem Sie Teile ermitteln, die als „Familie“ in einer Form spritzgegossen werden können?
Solche sogenannten „Family-Tools“ werden zusammen in einem Werkzeug mit mehreren Kavitäten produziert. Da ein Großteil der Spritzgusskosten auf die Herstellung der Form entfällt, werden zwei oder mehr Teile, die zusammen in ein Werkzeug passen, im Angebot als ein Teil veranschlagt. Das Motto „zwei zum Preis von einem“ geht zwar nicht ganz auf, da noch andere Punkte zu berücksichtigen sind, dennoch lassen sich bedeutende Einsparungen erzielen.
Bevor Sie Ihren Lieferanten nach einem Family-Tool fragen, gibt es bedingt durch das Spritzgussverfahren, einige Einschränkungen zu beachten.
Die Größe der Teile ist entscheidend
Die Zykluszeit beim Spritzguss hängt in der Regel von der Größe und Dicke der Teile ab. Ist ein Teil größer oder dicker als das andere, sind die Abkühlzeiten unterschiedlich, dies kann sich auf die Schwindung des Teiles auswirken. Möglicherweise können auch dann Schäden entstehen, wenn die Füllung zwischen zwei Teilen nicht ausgewogen ist.
Das bedeutet, dass Sie für Family-Tooling, Teile mit ähnlicher Größe und ähnlicher Geometrie benötigen.
Auch die Gesamtgröße der Teile spielt eine Rolle. Wenn Kosten gespart werden sollen, müssen alle Teile in eine Form mit Standardgröße passen. Bei Protolabs beispielsweise, muss eine Familien aus zwei oder mehr Teilen in eine Form der Standardgröße 12 x 4 Zoll (305 x 102 mm) oder 8 x 6 Zoll (203 x 153 mm) passen.
Gleiche Stückzahl
Die Teile müssen auch in gleicher Stückzahl produziert werden. Wenn Sie zum Beispiel die obere und die untere Hälfte eines Teils benötigen, die obere Hälfte jedoch häufiger ausgewechselt werden muss als die untere, weil sie stärker beansprucht wird, dann ist das Mengenverhältnis 1:1 nicht unbedingt die richtige Lösung.
Dieses Problem lässt sich auf zweierlei Weise umgehen. Sie könnten sich dafür entscheiden, jeweils zwei obere Hälften in einer Mehrkavitätenform zu produzieren. Oder eine untere und zwei obere Hälften in der gleichen Form – sofern Größe und Geometrie dies zulassen.
Bei komplexen Teilen sind Mehrkavitäten- oder Family-Tooling keine gute Idee, deshalb empfehlen wir Ihnen immer, zunächst mit uns über diese Möglichkeit zu sprechen.
Materialüberlegungen
Der nächste Punkt versteht sich fast von selbst. Wenn Sie sich für ein Family-Tooling entscheiden, müssen beide Teile aus dem gleichen Werkstoff gefertigt werden.
Auch fließen manche Materialien besser als andere und sind daher für Familien- oder Mehrkavitätenwerkzeuge besser geeignet. Silikon ist oft eine gute Wahl, weil es gut fließt und ein flexibles Material mit ausgezeichneter Festigkeit und Maßhaltigkeit liefert. Es hält auch extremen Temperaturen stand und ist chemikalienbeständig und biokompatibel.
Anguss
Für den Materialfluss ist auch der Anguss wichtig.
Art und Position müssen gut durchdacht werden, und es gibt Unterschiede zwischen Ein- und Mehrkavitäten- bzw. Family-Tooling.
Bei ersteren werden oft Punkt- und Heißkanalangüsse verwendet, um durch komplexe Teilegeometrien entstehende Schwierigkeiten zu überwinden und Angussreste zu reduzieren. Angussreste sind kleine Werkstoffrückstände, die vom fertigen Werkstück entfernt werden müssen.
Solche Angüsse kommen bei Family-Tooling eher nicht zur Anwendung. Hier sind Kantenangüsse die bessere Option, weil damit viel mehr Flexibilität bei der Position gegeben ist. Das ist wichtig, wenn mehrere Teile in einer Form untergebracht werden sollen. Die Angussreste sind hier größer, sodass vielleicht mehr Material abgeschnitten werden muss. Entscheidend ist jedoch, dass damit die Restfließspannung in diesem Bereich der Form besser absorbiert wird.
Die Position des Angusses ist auch bei der Herstellung eines Mehrkavitätenwerkzeugs wichtig und muss berücksichtigt werden, wenn Teile zusammen in einer Form gefertigt werden sollen. Wir empfehlen Ihnen, die Angüsse nicht eigenständig zu planen, sondern eng mit uns zusammenzuarbeiten, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen.
Teiledesign
Neben den spezifischen Faktoren, die bei Family-Tooling zu beachten sind, gelten auch hier die allgemeinen Spritzguss-Designgrundsätze. Dazu gehören Aspekte wie Formschräge, Wanddicke, Werkstoffwahl und Oberflächenqualität. Je mehr Kavitäten in einer Form, desto wichtiger werden diese Faktoren.
Es lohnt sich daher, unseren Design-Tipp zur optimalen Nutzung des Spritzgussverfahrens für Kleinserien noch einmal durchzulesen. Unsere Machbarkeitsanalyse wird Ihnen weiterhelfen, oder kontaktieren Sie einen unserer Anwendungstechnikern.
Wenn Sie nicht alle Teile einer Familie in einem Upload-Vorgang übermitteln können, dann lassen Sie Ihren Kundenbetreuer oder einen Anwendungstechniker wissen, dass Sie die Teile auf Eignung für ein Family-Tooling prüfen lassen möchten.
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Protolabs besitzt eine Bibliothek mit hilfreichen Tipps zu 3D-Druck, CNC-Bearbeitung und Spritzguss, in denen auf Designaspekte für die einzelnen Services eingegangen wird. Die Tipps behandeln Bereiche wie Formschräge und Einfallstellen, Gewindebohrungen und Drehteile sowie verschiedene 3D-Druckverfahren. Jeden Monat veröffentlichen wir einen neuen Design-Tipp, um Ihnen bei der Konstruktion bestmöglicher Prototypen und Produktionsteile zu helfen.