Einführung
Sie haben ein Design, für das Prototypen mit mehreren Dutzend Teilen benötigt werden. Die Kosten für die Massenproduktion von Formen sind zu hoch, der 3D-Druck zu langsam und die Materialeigenschaften ungeeignet. Silikon-Rapid-Prototyping schließt diese Lücke.
Silikonprototypen erfüllen spezifische Anforderungen. Sie ermöglichen die Herstellung von Bauteilen, die in Aussehen und Funktion Serienteilen sehr ähnlich sind. Diese Bauteile eignen sich für Tests, Validierungen und sogar die Kleinserienfertigung. Das Verfahren schließt die Lücke zwischen Einzelprototypen und Großserienproduktion. Genau das ist sein Zweck, und deshalb setzen Hersteller darauf.
Warum wird Silikon beim Rapid Prototyping verwendet?
Silikon ist nicht das einzige Formmaterial. Für bestimmte Anwendungen ist es jedoch am besten geeignet. Seine Eigenschaften passen optimal zum jeweiligen Verfahren.
Hervorragende Detailwiedergabe
Silikon erfasst selbst feinste Details präzise und gibt Oberflächenstrukturen originalgetreu wieder. Komplexe Geometrien lassen sich ohne Detailverlust reproduzieren. Ob die Urform scharfe Kanten, feine Schriftzüge oder filigrane Muster aufweist – die resultierenden Teile passen perfekt dazu.
Eigenschaften flexibler Formen
Die Flexibilität von Silikon ist ein entscheidender Vorteil. Teile mit Fasen lassen sich problemlos entformen. Gebogene Bauteile können beschädigungsfrei entfernt werden. Komplexe Strukturen, die in starren Formen stecken bleiben würden, lassen sich aus Silikonformen sauber entformen.
Die Form ist flexibel, sodass sich die Teile ohne Kraftaufwand und ohne Einreißengefahr leicht entformen lassen. Dadurch wird die Silikonprototypenherstellung auch für Designs möglich, die sich nicht aus starren Materialien formen lassen.
Niedrige Werkzeugkosten und schnelle Produktion
Metallformen können Zehntausende von Dollar kosten und ihre Herstellung Monate dauern. Silikonformen hingegen kosten nur einen Bruchteil davon und lassen sich in wenigen Tagen herstellen. Formen können entweder von einer Urform geschnitten oder gegossen werden. Die Lieferzeiten sind kurz. Für Prototypen und Kleinserien bietet diese Kostenstruktur einen deutlichen Vorteil.
Breite Materialkompatibilität
Silikonformen sind mit einer Vielzahl von Materialien kompatibel. Polyurethanharze werden häufig zur Herstellung sowohl starrer als auch flexibler Teile verwendet. Kautschukbasierte Materialien bieten elastische Eigenschaften, während technische Kunststoffe für die nötige Strukturfestigkeit sorgen. Durch das Gießen von Silikonelastomeren in Silikonformen entstehen weiche Teile, die für den Hautkontakt geeignet sind. Dieses Verfahren lässt sich an spezifische Anwendungen anpassen.
Diese vier Vorteile machen Silikon zum Standardmaterial für die Silikon-Rapid-Prototyping-Technologie. Es ist schnell, kostengünstig, ermöglicht die Wiedergabe feinster Details und eignet sich für komplexe Formen. Kein anderes Formmaterial bietet all diese vier Vorteile. Deshalb ist es in diesem Bereich führend.
Wie funktioniert Rapid Prototyping mit Silikon?
Mastermodell erstellen
Die Urform definiert das Bauteil. Es gibt drei Methoden zur Herstellung einer Urform.
| CNC Dienstleister | Dabei wird aus massivem Material geschnitten, was zu hoher Präzision und einer außergewöhnlich glatten Oberfläche führt. |
| SLA 3D-Druck | Die Verwendung von flüssigem Harz ermöglicht glatte Oberflächen und feine Details. |
| SLS-Druck | Die Verwendung von pulverförmigem Material führt zu einer höheren Festigkeit als beim SLA-Verfahren. |
Obwohl es noch andere Rapid-Prototyping-Technologien gibt, decken diese drei die meisten Anwendungsszenarien ab.
Die Urform bestimmt die Obergrenze für die Präzision und Oberflächenqualität des endgültigen Prototyps.
Eine grobe Urform erzeugt grobe Gussteile; eine polierte Urform erzeugt polierte Gussteile. Die Oberflächenbeschaffenheit der Urform wird direkt auf das Bauteil übertragen. Jeder Kratzer, jede Schichtlinie und jede Werkzeugspur wird exakt wiedergegeben.
Bevor die Form hergestellt werden kann, muss die Urform nach den erforderlichen Standards bearbeitet werden.
Herstellung von Silikonformen
Der Ingenieur legt die Urform in den Formkasten, mischt das flüssige Silikonkautschuk an und entgast es, um Luftblasen zu entfernen. Anschließend wird das Silikon um die Urform gegossen. Nach dem Aushärten des Silikons wird die Urform entnommen, und die Form ist fertig.
Die Vorteile liegen auf der Hand: Es kann Oberflächendetails präzise wiedergeben; die Formoberfläche ist glatt und kann vollständig auf das Teil übertragen werden; und es kann komplexe Formen, einschließlich Hinterschneidungen und gekrümmte Oberflächen, reproduzieren.
Silikon-Prototypenformen halten in der Regel 20 bis 50 Abgüsse aus. Die genaue Anzahl hängt vom Gussmaterial, der Geometrie des Teils und der Sorgfalt beim Entformen ab. Für die Kleinserienfertigung ist dies ausreichend. Bei der Serienproduktion können mehrere Formen mit derselben Masterform hergestellt werden.
Prototypenguss
Die Arbeiter gießen das Gießmaterial (Harz oder Silikon) in die Form. Beim Silikon-Vakuumgießen werden Luftblasen vor und während des Gießvorgangs entfernt. Das Vakuum sorgt für eine vollständige Füllung der Form und somit für ein porenfreies Bauteil. Nach dem Aushärten wird das Bauteil aus der Form entnommen und nachbearbeitet: Der Anguss wird entfernt und die Oberfläche gereinigt. Die Silikon-Prototypen sind nun bereit für die Prüfung und den Test.
Die mit diesem Verfahren hergestellten Teile sind hinsichtlich Geometrie und Oberflächenbeschaffenheit identisch mit der Masterform. Ihre Materialeigenschaften sind mit denen von Serienteilen vergleichbar. Obwohl die Stückkosten höher sind als beim Spritzgießen, sind die Formkosten nur ein Bruchteil davon. Für Produktionsserien von 20 bis 50 Stück ist dies die kostengünstigste Lösung. Das ist der Vorteil des Silikon-Rapid-Prototypings.
Gängige Silikon-Rapid-Prototyping-Verfahren
Silikon-Vakuumguss
Zuerst wird ein Urmodell erstellt, das anschließend zur Herstellung einer Silikonform dient. Die Form wird in eine Vakuumkammer gegeben, Harz oder Silikon unter Vakuum eingegossen, um Luftblasen zu entfernen, und nach dem Aushärten wird die Form geöffnet und das fertige Produkt entnommen.
Vorteile
Die Form verleiht dem Bauteil direkt eine hochwertige Oberflächenveredelung und gewährleistet so, dass sein Erscheinungsbild dem des erwarteten Endprodukts entspricht. Da die Form aus Silikon und nicht aus Stahl gefertigt ist, sind die Kosten für die Kleinserienfertigung zudem geringer.
Das Silikon-Vakuumgießen ermöglicht die Herstellung von Silikon-Prototypen, die sich wie Serienbauteile anfühlen und auch so aussehen. Sie zeichnen sich durch eine hohe Oberflächengüte mit klaren, scharfen Details aus. Die Materialeigenschaften ähneln denen von Kunststoffen und Elastomeren in Serienfertigung. Daher ist dieses Verfahren das gängigste in der Silikon-Schnellprototypenfertigung.
Anwendungen
Anwendungsgebiete sind Gehäuse und Tasten für Unterhaltungselektronik, Komponenten und Dichtungen für den Fahrzeuginnenraum sowie Prototypen für Medizinprodukte, die biokompatible Materialien und glatte Oberflächen erfordern. Das Verfahren eignet sich für alle Anwendungen, bei denen Aussehen, Haptik und Funktionalität vor der Fertigung einer Serienform geprüft werden müssen.
Silikon-Kompressionsformen
Das Silikonmaterial wird in den beheizten Formhohlraum gegeben. Die Form schließt sich. Durch Hitze und Druck fließt das Material in den Hohlraum und härtet dort aus. Anschließend öffnet sich die Form, und das fertige Teil wird entnommen.
Die Silikon-Prototypenherstellung mittels Kompressionsformverfahren eignet sich ideal für Gummiteile. Dichtungen, Dichtungsringe und flexible Bauteile sind gängige Anwendungsbereiche. Da dieses Verfahren – wenn auch in kleinerem Maßstab – mit der Massenproduktion identisch ist, erfüllen die Materialeigenschaften die Standards der Massenproduktion.
Bei kleinen Stückzahlen ist das Formpressen langsamer als das Vakuumgießen. Es eignet sich jedoch auch für Materialien mit schlechten Fließeigenschaften. Hochviskoses Silikon, Fluorsilikon und gefüllte Compounds lassen sich im Formpressverfahren leichter verarbeiten als im Vakuumgießen. Die so hergestellten Silikon-Prototypen sind funktional identisch mit den Serienteilen.
Der Kompromiss liegt im Zeitaufwand. Die Formenherstellung dauert mehrere Wochen, und die Einrichtung benötigt mehrere Stunden. Für Kleinserien von Silikon-Rapid-Prototyping ist Vakuumgießen in der Regel schneller. Für Teile, die jedoch die gleichen Materialien und Prozesse wie in der Serienproduktion erfordern, ist das Formpressen die beste Wahl. Die konkrete Entscheidung hängt von der jeweiligen Anwendung ab.
Spritzgießen von flüssigem Silikonkautschuk (LSR).
Die beiden flüssigen Komponenten werden vermischt. Die Maschine spritzt die Mischung in eine beheizte Form, wo das Silikon im Inneren aushärtet. Anschließend entnehmen die Arbeiter die fertigen Teile aus der Form.
Vorteile
Konstanz und Geschwindigkeit. Die Abweichungen zwischen den Spritzgussvorgängen sind minimal, die Zykluszeiten kurz. Dieses Produktionsverfahren eignet sich für die Fertigung von Silikonteilen in großen Stückzahlen. Es wird auch für die Kleinserienfertigung eingesetzt, wenn die Teilegeometrie die Investition in die Werkzeuge rechtfertigt.
Die Silikon-Prototypenfertigung mittels LSR-Spritzgießen ist selten. Die Werkzeugkosten sind hoch, und die Fehlersuche gestaltet sich komplex. Für Kleinserien ist Vakuumgießen in der Regel wirtschaftlicher; für Großserien ist LSR-Spritzgießen die einzig wirtschaftliche Option. Der Punkt, an dem sich die beiden Verfahren wirtschaftlich lohnen, hängt von Größe, Geometrie und Material des Bauteils ab.
Silikonumspritzung
Silikon lässt sich direkt auf andere Materialien wie Kunststoffeinsätze und Metallbauteile aufspritzen. Während des Aushärtungsprozesses bildet das Silikon chemische Bindungen, wodurch Klebstoffe überflüssig werden.
Anwendungen
Soft-Touch-Griffe für Werkzeuge und elektronische Geräte; tragbare Geräte mit Oberflächen, die mit der Haut in Berührung kommen; und Griffe für medizinische Geräte, die rutschfeste Oberflächen erfordern und leicht zu reinigen sind.
Für die Silikon-Rapid-Prototyping-Verfahren ist das Umspritzen eine Herausforderung. Zunächst müssen Einsätze gefertigt werden, und die Form muss diese aufnehmen können. Der Einrichtungsprozess ist komplexer als beim einfachen Gießen. Für Funktionstests montierter Bauteile ist dies jedoch mitunter die einzige Möglichkeit. Der Prototyp verhält sich wie das Endprodukt und ermöglicht so die Überprüfung von Haptik, Passgenauigkeit und Leistung vor der Herstellung der Produktionsformen.
Silikon-Rapid-Prototyping-Services bei NOBLE
NOBLE ist ein führendes Fertigungsunternehmen. Zu seinen Kernkompetenzen zählen Metallverarbeitung, Kunststoffverarbeitung, Rapid Prototyping, Kleinserienfertigung und die Herstellung kundenspezifischer Teile. Wir begleiten unsere Kunden während des gesamten Produktentwicklungszyklus.
NOBLE unterstützt Unternehmen dabei, Konzepte in funktionsfähige Prototypen und serienreife Bauteile umzusetzen. Im Gegensatz zu Anbietern, die lediglich Prototyping-Dienstleistungen anbieten, bietet NOBLE umfassende Fertigungslösungen aus einer Hand – von der Designberatung bis zur Endmontage.
NOBLEs Möglichkeiten zur schnellen Silikon-Prototypisierung
Die Silikon-Rapid-Prototyping-Fertigung bei NOBLE ist in weitere Dienstleistungen integriert. Die Designunterstützung ist direkt in den Fertigungsprozess eingebunden. CNC-Bearbeitung produziert Urformen. Spritzguss erfüllt die Anforderungen der Massenproduktion. Montage und Oberflächenveredelung verleihen dem Produkt seine endgültige Form. Der gesamte Prozess wird von einem einzigen Anbieter abgewickelt.
Qualitätsstandards und Zertifizierungen
Das Qualitätssicherungssystem ist zertifiziert und gut dokumentiert.
ISO 9001:2015 regelt das allgemeine Qualitätsmanagement. Die Prozesskontrolle in der Fertigung gewährleistet die Wiederholbarkeit der Ergebnisse; Prüfverfahren überprüfen Abmessungen und Oberflächenqualität.
ISO 13485:2016 ergänzt die Anforderungen um die strengen Anforderungen, die für die Herstellung von Medizinprodukten notwendig sind – strengere Rückverfolgbarkeit und strengere Prozessvalidierung.
Häufig gestellte Fragen zum Silikon-Rapid-Prototyping
Wird Silikon als Prototypenmaterial oder als Formmaterial verwendet?
Beides. Silikon kann beide Zwecke erfüllen. In den meisten Anwendungen des Rapid Prototyping mit Silikon wird es zur Herstellung flexibler Formen verwendet. Mithilfe dieser Formen werden Prototypenteile gefertigt, indem Harz, Polyurethan oder Silikonmaterialien hineingegossen werden.
Wie viele Teile kann eine Silikonform herstellen?
Eine typische Silikonform kann etwa 20 bis 50 Teile herstellen. Die tatsächliche Lebensdauer hängt von der Teilegeometrie, dem Gießmaterial, der Formkonstruktion und den Betriebsbedingungen ab. Bei einfacher Geometrie und niedrigviskosen Harzen lassen sich mehr Teile produzieren; bei komplexer Geometrie und Verwendung von Füllmaterialien hingegen weniger. Die Form verschleißt. Das ist zu erwarten.
Wie genau sind Silikon-Prototypenteile?
Silikon-Vakuumguss ermöglicht eine exzellente Detailwiedergabe. Die Präzision hängt von der Qualität der Urform, der Wahl des Silikonmaterials, den Bauteilabmessungen und der Geometrie sowie der Steuerung des Gießprozesses ab. Eine polierte Urform in Kombination mit einer stabilen Silikonform ermöglicht die Herstellung von Bauteilen, die den Konstruktionsanforderungen und engen Toleranzen entsprechen; im Gegensatz dazu führt eine raue Urform in Verbindung mit einer mangelhaft gefertigten Form zu fehlerhaften Bauteilen.
Wie schneidet die Silikon-Rapid-Prototyping-Methode im Vergleich zum Spritzguss ab?
Silikon-Prototypenformen sind kostengünstiger und erfordern weniger Rüstzeiten, wodurch sie sich für die Kleinserienfertigung eignen. Spritzgusswerkzeuge sind zwar teurer und benötigen mehr Rüstzeit, führen aber bei der Massenproduktion zu geringeren Stückkosten und eignen sich daher besser für die Großserienfertigung und die langfristige Produktion.
Wann sollte ich mich für Silikon-Rapid-Prototyping entscheiden?
Benötigen Sie 10 bis 100 oder mehr Prototypenteile, flexible oder Gummikomponenten, eine schnelle Designvalidierung oder eine kostengünstige Übergangsproduktion? Dann ist Silikon-Rapid-Prototyping die richtige Wahl. Mit diesem Verfahren lassen sich Teile in vergleichbarer Qualität wie Serienteile herstellen – ganz ohne Produktionsformen.
Kann NOBLE Dienstleistungen im Bereich des schnellen Prototypings mit Silikon von der Entwicklung bis zur Produktion anbieten?
Selbstverständlich! NOBLE bietet umfassenden Support.
Designprüfungen helfen, Probleme frühzeitig zu erkennen. Prototypen werden zur Validierung des Designs eingesetzt. Silikonspritzguss dient der Herstellung von Formen. Die Bearbeitung von Kunststoff und Metall übernimmt die Fertigung weiterer Komponenten. Die Oberflächenveredelung verleiht den Teilen den letzten Schliff. Die Montage führt alle Komponenten zusammen. Die Produktionsunterstützung kann flexibel an steigende Produktionsmengen angepasst werden.
