Beim Zweifarben-Spritzgießen werden zwei Materialien – oder zwei Farben desselben Materials – in einem einzigen Maschinenzyklus in eine Form eingespritzt. Das fertige Teil besteht somit bereits aus mehreren Materialien. Diese eine Änderung reduziert die Anzahl der nachgelagerten Arbeitsschritte erheblich: Es entfällt das Kleben oder die Schnappverbindung eines Softgriffs mit einem starren Gehäuse, das Lackieren oder Tampondrucken für eine zweite Farbe, das Einkleben einer separaten Linse in eine Fensteröffnung und das Abnutzen von Etiketten an Schlüsseln. Soft-Touch-Griffe, abgedichtete Schnittstellen, dauerhafte zweifarbige Beschriftungen und lichtdurchlässige Fenster lassen sich alle in einem Zyklus herstellen.
Der Nachteil besteht darin, dass alle Entscheidungen früher und teurer getroffen werden müssen. Das Harzpaar muss vor dem Stahlschnitt fixiert werden, das Werkzeug benötigt zwei Kavitätensätze und präzise Absperrvorrichtungen, und die Presse benötigt eine zweite Spritzeinheit. Dieser Leitfaden beschreibt diese Entscheidungskette Schritt für Schritt: die Terminologie, den Zyklus und die wichtigsten Werkzeugkonfigurationen, die Paarung von Harzen, die vor der Werkzeugfreigabe anzuwendenden Konstruktionsregeln, die in der Produktion auftretenden Fehlerarten und deren Beherrschung sowie den Vergleich des Zweifarbenspritzgusses mit Zweiwerkzeug-Umspritzen, Einlegetechnik, Dekoration und Schweißen. Abschließend gibt er Hinweise zur Beurteilung der Passgenauigkeit nach Bauteil und Volumen, zum Prototypen-zu-Serien-Prozess und dazu, wie NOBLE Zweifarbenspritzgussprojekte unterstützt.
Was ist Zweifarbigkeit? Spritzguss und in welchem Verhältnis stehen die Begriffe zueinander?
Zweikomponenten-Spritzgießen ist ein Mehrkomponenten-Spritzgießverfahren, bei dem ein erstes Material in einen Formhohlraum eingespritzt wird. Anschließend wird die Form indexiert, gedreht oder verschoben, während ein zweites Material über oder neben das erste eingespritzt wird, während das Bauteil im Werkzeug verbleibt. Der erste Spritzvorgang bildet das Substrat – üblicherweise das starre Strukturbauteil – und der zweite Spritzvorgang fügt eine Kontrastfarbe, ein weiches Elastomer oder ein transparentes Fenster hinzu. Das Ergebnis ist ein einteiliges Bauteil, das ohne Montageschritte auskommt.
Zweikomponenten-, 2K-, Dual-Shot- und Mehrkomponenten-Spritzguss: Eine Familie, unterschiedliche Schwerpunkte
Zweikomponenten-, Doppelkomponenten- und 2K-Spritzgießen sind nahezu synonyme Bezeichnungen für denselben sequenziellen Zweikomponenten-Spritzgießprozess. Ein Lieferant kann daher jede dieser Bezeichnungen für dasselbe Angebot verwenden. Die Bedeutung variiert jedoch leicht. „Zweikomponenten-Spritzgießen“ beschreibt das visuelle Ergebnis – zwei Farben in einem Bauteil. „Zweikomponenten-Spritzgießen“ beschreibt den Ablauf – zwei Spritzgießschritte. „2K“ ist die in der europäischen Werkzeug- und Maschinenbauliteratur übliche Abkürzung für zwei Komponenten.
Der Oberbegriff „Mehrkomponenten-Spritzgießen“ umfasst sowohl Zweikomponenten- als auch Dreikomponenten-Spritzgießen sowie Varianten wie Sandwich- oder Co-Injektionsspritzgießen. Hierbei werden ein Außenmaterial und ein Kernmaterial – oft recycelt, geschäumt oder gefüllt – mit demselben Werkzeug eingespritzt. Beim Sandwich-Spritzgießen wird der Formhohlraum zunächst teilweise mit dem Außenmaterial gefüllt, anschließend wird das Kernmaterial in die Mitte des Außenmaterials eingespritzt. Durch die Verwendung abwechselnder Komponenten unterschiedlicher Farben lassen sich Marmorierungseffekte erzielen.
Ein einzelnes Bauteil kann durchaus durch mehrere dieser Begriffe gleichzeitig beschrieben werden. Daher ist es ratsam, bei Ihrem Lieferanten zu erfragen, welche Konfiguration und welche Maschine im Angebot vorausgesetzt wird, anstatt sich auf die Bezeichnung zu verlassen.
Welche zweifarbige Leiste ist das nicht?
Drei Verfahren werden oft mit dem Zweifarbenspritzguss verwechselt, und die Unterscheidung ist wichtig, da jedes Verfahren eine andere Werkzeugausstattung und einen anderen Bindungsmechanismus erfordert.
Ein in einem Arbeitsgang hergestelltes Teil, das später lackiert, bedruckt oder laserbeschriftet wird, ist nicht zweifarbig spritzgegossen. Die zweite Farbe wird nach dem Auswerfen in einem separaten Arbeitsgang aufgetragen und liegt auf der Oberfläche auf, anstatt in das Teil eingegossen zu werden.
Beim Zweiwerkzeug-Umspritzen werden zwei separate Formen verwendet. Das Substrat wird in der ersten Form geformt und anschließend – manuell oder robotergestützt – in eine zweite Form überführt, in die das Umspritzharz eingespritzt wird. Das Bauteil verlässt die Form zwischen den Spritzvorgängen, weshalb die Kontrolle von Verunreinigungen und die Einhaltung der Nachspanntoleranzen Teil des Prozesses sind.
Beim Einlegeverfahren wird ein vorgefertigtes Bauteil, üblicherweise aus Metall, in einem einzigen Kunststoffspritzguss umschlossen. Zwischen Metall und Thermoplast besteht keine chemische Bindung, und eine solche ist auch nicht erforderlich: Die Haftung ist rein mechanisch und wird durch die Schrumpfung des Kunststoffs erreicht, die Rändelungen, Hinterschneidungen oder Nuten am Einsatz fixiert.
Das Zweifarbenspritzverfahren unterscheidet sich von den anderen drei dadurch, dass beide Materialien in einem Maschinenzyklus eingespritzt werden und das Teil zwischen den Spritzvorgängen das Werkzeug nicht verlässt. Dies ist die Ursache für die höchste Passgenauigkeit und die stärkste chemische Verbindung – und gleichzeitig für die höchsten Werkzeugkosten.
Der Zweifarben-Spritzgießprozess und die Werkzeugkonfigurationen
Das Verständnis des Zyklus erklärt, warum die Kosten für Zweifarbenspritzguss so angegeben werden und warum die Zykluszeit nicht einfach doppelt so lang ist wie bei einem Einfarbenspritzguss.
Schritt für Schritt durch einen Zweischusszyklus
Die erste Materialladung wird in den Formhohlraum eingespritzt und abgekühlt. Das Werkzeug öffnet sich, und die Werkzeughälfte mit dem Vorformling der ersten Ladung wird positioniert, gedreht oder verschoben, um sich mit dem Stahl des Formhohlraums für die zweite Ladung auszurichten. Die zweite Ladung wird dann über oder neben den Vorformling eingespritzt, während die erste Ladung für das nächste Teil in den nun freien Formhohlraum der ersten Ladung eingespritzt wird. Das fertige Teil – das beide Materialien enthält – wird ausgeworfen, während der Vorformling, der gerade die zweite Ladung erhalten hat, im Werkzeug verbleibt.
Nach dem Anfahren laufen die beiden Spritzvorgänge daher parallel und nicht nacheinander ab: In jedem Zyklus formt eine Station den ersten Spritzvorgang, während eine andere den Vorformling des vorherigen Zyklus umspritzt. Bei einem Rotationsplattenwerkzeug trägt die rotierende Hälfte identische Kavitäten für den ersten Spritzvorgang, während die stationäre Hälfte sowohl die Kavitäten für den ersten als auch für den zweiten Spritzvorgang enthält; die Auswerferseite verfügt über zwei Sätze von Auswerferplatten, da in jedem Zyklus nur die Teile mit beiden Materialien ausgeworfen werden.
Form- und Maschinenkonfigurationen
Die Hauptkonfigurationen unterscheiden sich darin, wie das Vorformling für den zweiten Schuss präsentiert wird, und das wiederum entscheidet darüber, welche Teilegeometrien jeweils verarbeitet werden können.
Drehteller. Die Formhälfte wird nach dem Einspritzen und Abkühlen des ersten Bauteils in einem Zwei- oder Viertaktzyklus auf einer beweglichen Spannplatte gedreht. Der Vorformling wird dann mit dem zweiten Bauteil befüllt, während gleichzeitig das erste Bauteil in den freien Formhohlraum eingespritzt wird. Dieses Verfahren eignet sich für Teile, bei denen der Vorformling teilweise oder einseitig freiliegt, und wird für das einseitige Umspritzen großer Stückzahlen eingesetzt. Eine einfachere Variante rotiert mit einem vertikalen Drehteller um eine horizontale Achse; die komplexere „Würfelform“ oder „Drehstapelform“ rotiert mit einem zentralen Stapel mit zwei oder vier Flächen um eine vertikale Achse und ist die kostenintensivste Ausführung.
Indexplatte. Das erste Bauteil wird in einen Hohlraum der Indexplatte eingespritzt; der Vorformling wird herausgedrückt und gedreht. Durch Zurückschieben der Indexplatte wird der Vorformling auf den anderen Formkern gesetzt und beidseitig umspritzt. Dieses Verfahren eignet sich für Vorformlinge, die oben einseitig und unten teilweise frei sein müssen.
Gleittrennung. Es wird nur ein Hohlraum mit Kernzugfunktion benötigt: Nach dem Einspritzen und Abkühlen des Vorformlings zieht sich der Trennschieber zurück und bildet einen zweiten Hohlraum, der vom zweiten Bauteil ausgefüllt wird. Da nur ein Hohlraum benötigt wird, ist das Verfahren einfach und kostengünstig und eignet sich für Vorformlinge, die teilweise entformt werden müssen.
Schiebetisch. Die Form besteht aus einer Kernseite und zwei Kavitätenseiten. Nach dem Einspritzen des ersten Bauteils öffnet sich die Form, und die Kernseite wird auf die zweite Kavitätenhälfte geschoben. Sie eignet sich für teilweise oder einseitig freiliegende Vorformlinge und ist besonders geeignet für das einseitige Umspritzen kleiner Stückzahlen in der Prototypenfertigung oder Kleinserienproduktion.
Transfer. Ein Roboter entnimmt das Vorformling aus der ersten Kavität und setzt es in eine zweite Kavität ein. Dort wird das zweite Bauteil eingespritzt, nachdem sich die Form geschlossen hat, während die erste Kavität bereits mit dem ersten Bauteil befüllt wird. Dieses Verfahren eignet sich für Konstruktionen, bei denen das Vorformling beidseitig frei liegen muss, und deckt alle Ausführungsklassen ab.
Sandwich-/Ko-Injektionsverfahren. Der Hohlraum wird teilweise mit dem Deckschichtmaterial gefüllt, und das Kernmaterial wird in den Kern des Deckschichtmaterials eingespritzt, wodurch eine Deckschicht-Kern-Struktur anstelle einer nebeneinanderliegenden oder umspritzten Geometrie entsteht.
Es gibt auch Varianten mit rotierender Platte, beweglichem Kern und Umspritzung, die als Familie zusammengefasst werden können; die ersten beiden erfordern eine zweite Spritzeinheit, zwei Angusskanäle und zwei Prozesse, während die Umspritzungsvariante in den meisten Fällen zwei separate Formen beinhaltet.
Materialauswahl für Zweifarben-Spritzguss
Die Materialauswahl ist die Entscheidung, die darüber bestimmt, ob das Teil zusammenhält, und sie muss vor Beginn der Werkzeugkonstruktion abgeschlossen sein – eine spätere Änderung des Paares ist extrem kostspielig.
Chemische Bindung versus mechanische Verzahnung
Die Zweikomponenten-Materialverbindung beruht auf zwei Mechanismen. Chemische Adhäsion entsteht, wenn das zweite Material teilweise schmilzt und sich auf molekularer Ebene mit der noch halbschmelzflüssigen Oberfläche des ersten Materials vermischt. Dadurch bildet sich eine Verbindung, die so stark sein kann wie die eines der beiden Materialien allein. Aus diesem Grund ist die chemische Bindung beim Zweikomponenten-Spritzgießen von entscheidender Bedeutung: Das zweite Material wird auf das noch warme erste Material eingespritzt, und das Zeitfenster für eine starke Verbindung ist kurz.
Die mechanische Verzahnung stellt eine Alternative oder einen Backup-Mechanismus dar. Wenn das Umspritzharz in die Löcher im Substrat fließt – insbesondere in solche, die sich nach unten hin erweitern – verbindet sich das abgekühlte Material mit dem Substrat. Derselbe Effekt lässt sich erzielen, indem man das Umspritzharz um das Substrat wickelt oder die Kontaktfläche durch Nuten, Stege, Stifte oder Vorsprünge vergrößert. Ein poröses Substrat bietet winzige Poren, in die ein Elastomer eindringen kann.
Manche Materialpaare verbinden sich chemisch gut, andere benötigen mechanische Eigenschaften. Ein für die Verbindung von Polypropylen entwickeltes TPE verbindet sich nicht mit Polycarbonat, und ein Standard-TPE auf Styrolbasis verbindet sich überhaupt nicht mit PP, es sei denn, es handelt sich um einen PP-basierten Typ. Die Abstimmung der TPE-Chemie auf die Substratfamilie ist daher die erste Materialentscheidung und erfolgt anhand der veröffentlichten Haftungstabellen des Compoundierers und nicht durch Versuche.
Gängige Substrat- und Deckschichtpaarungen
Die folgenden Paarungen sind die in der Produktion am häufigsten gemeldeten Kombinationen, mit Angaben zur Bindungsqualität und zu typischen Anwendungen gemäß den Kompatibilitätsrichtlinien.
| Substrat (Aufnahme 1) | Overlay (Aufnahme 2) | Bondqualität | Typische Anwendung |
| ABS | Styrol-TPE | Ausgezeichnet | Werkzeuge mit Softgriff, Unterhaltungselektronik |
| PC | Styrol-TPE | Ausgezeichnet | Medizinprodukte, Gehäuse für Elektrowerkzeuge |
| PC/ABS-Mischung | Styrol-TPE | Ausgezeichnet | Innenausstattung für Autos |
| PA6 / PA66 (Nylon) | Polyamidbasiertes TPE | Gut bis ausgezeichnet | Kfz-Steckverbinder im Motorraum |
| PP | Olefinisches TPE / TPV | Gut | Automobildichtungen, Konsumverpackungen |
| POM (Acetal) | Modifiziertes TPE | Fair — benötigt ein mechanisches Schloss | Getriebebaugruppen, Verriegelungsmechanismen |
| ABS | ASA | Ausgezeichnet (gleiche Familie) | Outdoor-Ausrüstung, zweifarbige Teile |
| PMMA | ABS | Gut | Transparente Fenster über farbigen Körpern |
Für Anwendungen im Automobilbereich ist PA6 oder PA66 in Kombination mit einem Polyamid-basierten TPE Standard: Das Nylonsubstrat ist hitze- und chemikalienbeständig, während die TPE-Ummantelung für Abdichtung oder Haftung sorgt. Das TPE muss speziell für die Polyamidhaftung formuliert sein und darf kein generisches Styrol-Typ sein. Es gibt Tausende von möglichen Substrat- und Umspritzkombinationen, und Materiallieferanten können Spezialqualitäten anbieten, wenn eine Standardkombination die Leistungsanforderungen nicht erfüllt.
Eine strukturelle Vorsichtsmaßnahme: Kombinationen aus amorphen und teilkristallinen Materialien, wie z. B. PC und PA6, sind zwar möglich, jedoch führt der unterschiedliche Schrumpfungsgrad zu inneren Spannungen an der Grenzfläche. Teilkristalline Materialien schrumpfen beim Abkühlen stärker – etwa 1.5–2.5 % gegenüber 0.4–0.7 % bei amorphen Harzen –, wodurch Scherspannungen in der Klebefuge entstehen. Diese Spannungen sind bei entsprechender Planung beherrschbar, stellen aber eine häufige Ursache für Verzug im späteren Baustadium dar.
Unterschiede in der Schmelztemperatur und der Schrumpfung
Die erste Schicht muss der Hitze der zweiten Schicht standhalten. Das Material der zweiten Schicht muss bei einer Temperatur verarbeitbar sein, die die erste Schicht nicht beeinträchtigt, aber gleichzeitig hoch genug ist, um die Interdiffusion zu fördern. Ein Temperaturunterschied von etwa 30–40 °C zwischen den beiden Materialien gilt üblicherweise als optimaler Arbeitsbereich. Eine zu niedrige Schmelztemperatur, die nicht ausreicht, um die Substratoberfläche zu erweichen, ist eine der häufigsten Ursachen für eine fehlerhafte Verbindung.
Die Schwindung ist die zweite zu vergleichende Größe. Die Formschwindung ist die geometrische Verringerung der Bauteilgröße relativ zum Formhohlraum, gemessen gemäß ASTM D955-08 24–48 Stunden nach dem Entformen. Verzug ist die durch ungleichmäßige Schwindung verursachte Verformung, die auf drei Arten entsteht: Schwindungsunterschiede in verschiedenen Richtungen aufgrund von Materialanisotropie, regionale Schwankungen durch ungleichmäßigen Druck und ungleichmäßige Temperatur sowie ungleichmäßige Schwindung über die Dicke aufgrund unterschiedlicher Abkühlung an gegenüberliegenden Formseiten. Bei einem zweifarbigen Bauteil kommt durch die unterschiedliche Schwindung der beiden Kunststoffe eine vierte Fehlerquelle hinzu. Daher werden die Materialkombination und die Verzugskontrolle im folgenden Abschnitt „Risikobewertung“ gemeinsam behandelt.
Designregeln vor Werkzeugbau Loslassen
Die folgenden Regeln können vor dem Zuschnitt des Stahls angewendet werden. Sie sind nach den von ihnen geregelten Merkmalen gruppiert, und jede einzelne lässt sich kostengünstiger in einer Zeichnung als in einem Werkzeug festlegen.
Wandstärke, Rippen und Übergänge
Die Wandstärke sollte möglichst gleichmäßig sein. Dicke Bereiche sollten ausgefräst werden, anstatt massive Abschnitte zu belassen. Massive Vorsprünge und Rippen sind typische Konstruktionsursachen für Einfallstellen und Hohlräume, da dicke Bereiche ungleichmäßig abkühlen. Durch den Ersatz von massivem Material durch Rippen und Knotenbleche lassen sich beide Probleme reduzieren. Ungleichmäßige Wandstärke, ungleichmäßige Abkühlung und hohe Schwindung sind typische Ursachen für Verzug. Sanfte Übergänge zwischen dicken und dünnen Bereichen tragen daher ebenfalls zur Formstabilität bei.
Zugluft, Absperrventile und Trennlinien
Die Entformungsschräge ermöglicht ein sauberes Entformen des Teils; Substratwände, die eine Umspritzung aufnehmen, werden üblicherweise um 1 bis 1.5 Grad pro Seite entformt. Absperrungen verhindern Gratbildung, und eine unzureichende Absperrung oder eine schwierige Trennlinie sind die häufigsten Ursachen für dünnen Kunststoffüberschuss an den Kanten. Die Platzierung der Trennlinie ist sowohl eine ästhetische als auch eine technische Entscheidung, da die Linie am fertigen Teil sichtbar sein wird.
Bei Zweikomponenten-Werkzeugen ist die wichtigste Absperrung die sogenannte „Quetschung“: Ein erhöhter Bereich aus Stahl des zweiten Spritzgussteils drückt in den ersten Spritzgussteil, um zu verhindern, dass Material des zweiten Spritzgussteils auf die Oberfläche des ersten Spritzgussteils gelangt, wo es nicht hingehört. Die Quetschung beträgt typischerweise 0.003–0.005 mm. In Bereichen mit dickwandigerem Material im ersten Spritzgussteil kann eine zusätzliche Quetschung erforderlich sein, um die stärkere Schwindung auszugleichen. Dies wird entweder durch Hinzufügen von Stahl zur Absperrung des zweiten Spritzgussteils oder durch Hinzufügen von Material des ersten Spritzgussteils durch Entfernen von Stahl erreicht.
Verbindungsflächen und mechanische Verriegelungen
Wenn eine chemische Bindung erwartet wird, muss der zweite Schuss auf eine saubere, heiße Oberfläche treffen, auf der der erste Schuss abgegeben wurde. Verunreinigungen, Trennmittelreste, Hautkontakt beim Umgang mit dem Material oder eine Verzögerung, die ausreicht, damit die Kontaktfläche abkühlt, bevor der zweite Schuss auftrifft, führen dazu, dass ein ansonsten kompatibles Paar unbrauchbar wird.
Wo keine chemische Verbindung möglich ist, sollte die Verzahnung durch Bohrungen (möglichst schwalbenschwanzförmig), Rippen, Hinterschneidungen, Nuten oder Stifte an der Schnittstelle gestaltet werden. Um ein Ablösen zu verhindern, sollten freiliegende Kanten des umspritzten Materials vermieden werden; eine erhöhte Kante aus Substratmaterial kann die Kanten des Elastomers schützen, an denen andernfalls das Ablösen beginnen würde.
Zwei praktische Hinweise zur weichen Schicht: Dünne Umspritzschichten – typischerweise unter 10 mm – fühlen sich unabhängig vom Material hart an. Daher werden bei Konsumprodukten häufig Reihen höherer Rippen verwendet, um die wahrgenommene Dicke zu erhöhen und gleichzeitig das Materialvolumen zu reduzieren. Die Shore-Härte ist kein zuverlässiges Maß für die wahrgenommene Weichheit: Der Biegemodul, der den Widerstand gegen Biegung misst, ist der bessere Indikator. Ein niedrigerer Biegemodulwert bedeutet ein weicheres Gefühl.
Torplatzierung und Registrierungstoleranz
Die Angusslage beeinflusst die Füllung beider Spritzvorgänge. Dünne Wände, lange Fließwege und eine ungünstige Angusslage sind die häufigsten Ursachen für unvollständige Spritzvorgänge. Ein Anguss, der Harz zu schnell in offene Bereiche eindringen lässt, führt zu Strahlbildung. Die Angusslage muss auch die Kavität des zweiten Spritzvorgangs berücksichtigen: Das Bauteil des ersten Spritzvorgangs muss in der Kavität des zweiten Spritzvorgangs vollständig gegen den Kavitätendruck abgestützt sein, da der zweite Spritzvorgang einen hohen Kunststoffdruck von mehreren tausend Pfund auf den Kunststoff des ersten Spritzvorgangs ausübt, nicht nur auf den Stahl. In der Praxis bedeutet dies, dass keine ungestützten Merkmale länger als etwa das Dreifache ihrer eigenen Dicke sein dürfen, und dass sich keine Rippen oder Hinterschneidungen hinter den Flächen befinden dürfen, die umspritzt werden.
Die Passgenauigkeit ist der Punkt, an dem sich die Kosten für Zweikomponentenwerkzeuge amortisieren. Zweikomponentenwerkzeuge verwenden eine gemeinsame Werkzeugreferenz, sodass beide Materialien durch denselben Stahl positioniert werden und die Passgenauigkeit maximal ist. Beim Zweikomponenten-Umspritzen wird die Toleranz durch das Nachspannen zwischen den beiden Formen erhöht. Bei Drehplattenwerkzeugen sind die Positioniervorrichtungen an der Form und den Maschinenplatten entscheidend, um die Form exakt auf der Drehplatte zu zentrieren; andernfalls kann eine 180°-Drehung Führungsstifte, Buchsen und Absperrvorrichtungen beschädigen.
Produktionsrisiken und wie sie kontrolliert werden
Die Fehlerarten beim Zweifarbenspritzguss sind gut charakterisiert, und für jede gibt es einen Standardsatz von Kontrollmaßnahmen, die eher in den Validierungsplan als in die Reaktion auf Ausschuss gehören.
Verformung durch Schrumpfungsunterschiede
Verzug ist eine durch ungleichmäßige Schrumpfung hervorgerufene Verformung. Bei einem zweifarbigen Bauteil stellt die unterschiedliche Schrumpfung der beiden Harze eine zusätzliche Ursache dar, zusätzlich zu den richtungsabhängigen, bereichsspezifischen und über die Dicke verlaufenden Schwankungen, die jedes Formteil aufweisen kann. Amorphe und teilkristalline Harzpaare sind der deutlichste Fall, da die unterschiedliche Schrumpfung Scherspannungen auf die Klebefuge ausübt und sich als Verzug im späteren Stadium bemerkbar machen kann.
Die Kontrollmaßnahmen sind struktureller und thermischer Natur, nicht kosmetischer: gleichmäßige Wandstärke und sanfte Übergänge, gleichmäßige Kühlung beider Formseiten, ein Materialpaar mit bekanntem und akzeptablem Schwindungsunterschied sowie eine Formfüllsimulation vor dem Stahlschnitt. Die Simulation ist eine kostengünstige Methode, um festzustellen, ob eine Geometrie plan bleiben kann.
Delamination und schwache Bindung
Haftungsversagen kann nach Temperaturwechselbeanspruchung auftreten, selbst wenn das Bauteil bei der Stichprobenprüfung bestanden hat. Daher sollte die Validierung der Haftung eine Temperaturwechselbeanspruchung anstelle eines einzelnen Zugtests an einem neuen Bauteil umfassen. Ursachen hierfür sind eine zu niedrige Schmelztemperatur, die die Substratoberfläche nicht ausreichend erweicht, eine inkompatible TPE-Chemie, ein feuchtes oder verunreinigtes Substrat, Trennmittelreste, unsachgemäße Handhabung beim Transfer oder eine zu lange Verzögerung, sodass die Grenzfläche vor dem Aufbringen der zweiten Schicht abkühlt.
Der Versagensmodus gibt Aufschluss darüber. Kohäsionsversagen – bei dem das TPE reißt, bevor die Verbindung abreißt – ist das bevorzugte Ergebnis, da dies bedeutet, dass die Verbindung fester als das Elastomer ist. Adhäsionsversagen, bei dem sich das TPE vollständig vom Substrat ablöst, deutet auf die Grenzfläche und somit auf chemische oder verfahrensbedingte Probleme hin. Gemäß ASTM D6862 gelten bei Schältests Werte über ca. 15 lbf pro Zoll Breite als ausgezeichnete Haftung und Werte unter ca. 10 lbf pro Zoll als schlechte Haftung. Bei grenzwertigen chemischen Bedingungen dienen mechanische Verzahnungen als zusätzliche Sicherheit, und Haftungsprüfungen sollten bereits bei der Probenahme durchgeführt werden.
Kurze Einstellungen, Blitzlichtgewitter und Prozessfensterdisziplin
Fehlstellen entstehen durch dünne Wände, lange Fließwege und ungünstige Angussstellen und lassen sich durch Anpassung des Werkzeugs und des Füllmusters beheben, anstatt den Druck unbegrenzt zu erhöhen. Gratbildung an der Grenzfläche entsteht durch unzureichende Verdichtung, ungenügende Unterstützung des ersten Schusses, mangelhafte Absperrvorrichtungen oder Hydraulikzylinder, die dem plastischen Druck im Formhohlraum nicht standhalten.
Das subtilere Risiko liegt in der Prozessdisziplin. Da die beiden Spritzvorgänge interagieren, verarbeiten Spritzgießer häufig den ersten Spritzvorgang, um Probleme im zweiten zu beheben, oder umgekehrt. Dies verengt das Prozessfenster und erhöht das Ausschussrisiko: Quetschungen, Stützfehler, Verformungen und zu kleine Zylinder können umgangen werden, was die Qualitätsmarge beeinträchtigt. Auch bei Rotationswerkzeugen wird die Presskraft teilweise verbraucht, da die Kavitäten außermittig angeordnet sind – erster Spritzvorgang auf der einen Hälfte, zweiter Spritzvorgang auf der anderen –, sodass die volle Maschinenpresskraft nicht zur Kompensation des Kavitätendrucks zur Verfügung steht.
Zweifarbenspritzguss im Vergleich zu anderen Verfahren
Die Alternativen zum Zweifarbenspritzguss sind keine minderwertigen Versionen davon; sie stellen vielmehr unterschiedliche Ansätze hinsichtlich Werkzeugkosten, Zyklusstruktur, Haftfestigkeit und Wirtschaftlichkeit bei größeren Produktionsmengen dar.
Umspritzen (Zwei-Werkzeug-Verfahren) und Einlegetechnik
Das Zweikomponenten-Umspritzen verwendet zwei separate Formen und Standardpressen. Der Transfer des Substrats zwischen den Formen erfolgt manuell oder robotergestützt. Es ist das flexibelste Verfahren: Das Umspritzwerkzeug kann gewechselt oder neu aufgebaut werden, ohne das Substratwerkzeug verschrotten zu müssen. Die beiden Spritzvorgänge können auf verschiedenen Pressen oder sogar an verschiedenen Standorten durchgeführt werden. Das Verfahren eignet sich für Entwicklungsarbeiten, die Einführung neuer Produkte und Produktionsmengen, bei denen sich ein Zweikomponentenwerkzeug nicht amortisiert. Die Kosten entstehen durch den Transferschritt, das Kontaminations- und Arbeitsrisiko zwischen den Spritzvorgängen sowie durch eine geringere Passgenauigkeit, da die Nachspannung die Toleranz erhöht.
Beim Einlegeverfahren wird eine Form mit Positionierungselementen für den Einsatz verwendet, wobei ein vorgefertigtes Bauteil, üblicherweise aus Metall, in einem einzigen Spritzvorgang umschlossen wird. Die Fixierung erfolgt rein mechanisch – durch Rändelung, Hinterschneidungen oder Nuten – ohne chemische Bindung. Der Werkzeugaufwand ist im Vergleich zu anderen Verfahren am geringsten, jedoch ist das Einlegen des Einsatzes ein zyklusweiser Vorgang: Bei geringen Stückzahlen legt ein Bediener in jedem Zyklus Einsätze in das geöffnete Werkzeug ein, was zu Abweichungen in der Positionierung und Ausrichtung führt. Bei größeren Stückzahlen gewährleisten Roboter oder Schwenklader die Wiederholgenauigkeit und machen den Bediener überflüssig.
Das Zweikomponenten-Spritzgießen verwendet eine spezielle Spritzgießmaschine mit zwei oder mehr Spritzeinheiten und einem 2K-Werkzeug mit zwei Kavitätensätzen und präziser Press- und Abschaltsteuerung. Es weist die höchsten Werkzeugkosten und die niedrigsten Stückkosten bei hohen Stückzahlen auf, erzielt die stärkste chemische Verbindung, da die Grenzfläche heiß bleibt, und die höchste Passgenauigkeit, da beide Spritzgänge dieselbe Werkzeugreferenz nutzen.
| Attribut | Zweiwerkzeug-Umspritzung | Formteil einsetzen | Zwei-Schuss-Spritzguss |
| Was ist verbunden? | Starres Kunststoffsubstrat plus ein zweiter Kunststoff, üblicherweise TPE oder TPU. | Vorgefertigtes Bauteil, üblicherweise aus Metall, in Kunststoff eingekapselt | Zwei Kunststoffe in einem Bauteil, oft ein starrer Kunststoff plus ein Elastomer. |
| Maschinen und Technologie | Zwei Standardpressen oder eine Presse und zwei Formen | Eine Standardpresse; vertikale Klemme üblich | Spezialpresse mit zwei oder mehr Spritzgießeinheiten |
| Form | Zwei separate Formen | Eine Form plus Einsatzpositionierungsmerkmale | Ein 2K-Werkzeug, zwei Hohlraumsätze, enge Quetsch- und Abschaltsteuerung |
| Zyklus | Zwei Zyklen plus ein Transferschritt | Ein Zyklus plus Nachladen bei jedem Schuss | Ein kombinierter Zyklus; die Schüsse laufen nach dem Start parallel ab. |
| Bindungsmechanismus | Chemische Schmelzhaftung plus mechanische Verzahnung, wo erforderlich | Rein mechanische Verkapselung | Chemische Schmelzbindung, am stärksten, weil die Grenzfläche heiß bleibt. |
| Handhabung zwischen den Schritten | Teil per Hand oder Roboter übertragen | Die Einlage wird bei jedem Zyklus geladen. | Keines; das Teil verlässt das Werkzeug nie. |
| Relative Werkzeugkosten | Mitte | Unterste | Höchste |
| Relative Stückkosten bei hohem Volumen | Mitte | Steigt mit zunehmender Einlegearbeit | Niedrigster Wert bei hohem Volumen |
| Registrierung zwischen Materialien | Lockerer; Toleranz beim Wiederanbringen von Stapeln | Wird durch die Position des Einsatzes festgelegt. | Engste Aufnahme; beide Aufnahmen verwenden dieselbe Werkzeugreferenz. |
| Typische Verwendung | Griffe, Dichtungen, Soft-Touch bei niedriger und mittlerer Lautstärke | Gewindeeinsätze, Klemmen, Stifte, Buchsen | Griffe mit hohem Volumen, dauerhafte Beschriftung, kosmetische Verzierungen |
Malerei, Druck und In-Mould-Dekoration
Dekorationsprozesse erfordern zusätzliche Arbeitsschritte nach dem Formgebungsprozess, während beim Zweifarben-Formgebungsverfahren Farbe, Textur und Beschriftung bereits in der Form erzeugt werden. Lackieren und Tampondruck bringen die zweite Farbe auf ein fertiges Teil auf und verursachen Bearbeitungskosten pro Teil sowie eine durch die Beschichtung oder Druckfarbe bedingte Haltbarkeitsgrenze; beim Zweifarben-Formgebungsprozess gibt es keine solche Verschleißfläche, da die Farbe selbst das Material ist.
In-Mold-Decoration (IMD) bildet eine eigene Produktfamilie – In-Mold-Labeling (IML), In-Mold-Film (IMF) und In-Mold-Transfer (IMR) –, bei der eine Folie oder Druckfarbe in den Formhohlraum eingebracht und während des Spritzgießens verbunden wird. IMD wird mitunter mit Zweifarbenspritzguss kombiniert, wobei diese Kombination höhere Anforderungen stellt als die einzelnen Verfahren. Die Qualität von Zweifarben-IMD hängt von der Produktstruktur, der Gestaltung des Klebstoffeinlasses, der Materialauswahl für die erste und zweite Farbkomponente, der Folienverarbeitungstechnik, der Foliendicke und den Spritzgießparametern ab. Typische Fehler sind Farbauswaschungen, schwache Haftung zwischen den Farbschichten, Oberflächenvertiefungen und undeutliche Texturen. Farbauswaschungen bei Zweifarben-IMD werden primär durch eine suboptimale Gestaltung des Formeinlasses verursacht, wobei die Folienauswahl und -dicke eine untergeordnete Rolle spielen. Die zweite Spritzgießung erhöht die Komplexität, da die Schmelze die Oberseite der Folie berührt, bevor sie die Farbe möglicherweise an der Unterseite verteilt. Wenn das Folienmaterial mit der ersten und zweiten Farbkomponente übereinstimmt – beispielsweise Polycarbonat für alle drei –, verbessert sich die Haftfestigkeit.
Ultraschallschweißen und Montage
Schweißen verbindet separat geformte Teile und erfordert einen zusätzlichen Montageschritt sowie Einschränkungen bei der Verbindungsgestaltung: Beide Komponenten benötigen jeweils ein einfaches Werkzeug aus einem einzigen Material, die Materialien müssen nicht chemisch kompatibel sein und können einzeln überarbeitet werden. Die Verbindung selbst kann jedoch nicht entfernt werden. Zweifarbiges Spritzgießen eliminiert sowohl den Montagevorgang als auch die Verbindung und ist daher die Standardlösung für dauerhaft lesbare Markierungen und Zierelemente, bei denen keine Trennlinie sichtbar sein darf. Der Nachteil sind die Werkzeugkosten und die Beschränkung auf Materialpaare, die sich verbinden lassen.
Ein Rahmenwerk aus Volumen- und Wirtschaftsanalyse
Die Kostenlogik ist einfach und sollte klar dargelegt werden. Zweifarbige Werkzeuge verursachen die höchsten Vorlaufkosten – zwei Formteile, präzise Absperrvorrichtungen und eine spezielle Presse – amortisieren sich aber erst bei höheren Stückzahlen. Das Zweiwerkzeug-Umspritzen liegt preislich im Mittelfeld: zwei Werkzeuge auf Standardpressen. Beim Einlegetechnik-Verfahren sind die Werkzeugkosten am niedrigsten, der Arbeitsaufwand pro Teil steigt jedoch mit zunehmender Stückzahl. Dekorationen erfordern zusätzliche Bearbeitungsschritte pro Teil, und Schweißen bedeutet einen Montagevorgang.
Die praktische Entscheidungsreihenfolge ist wie folgt: Zuerst die Anforderungen an die Verbindung (ist chemische Haftung erforderlich oder reicht mechanische Haftung aus?), dann die Materialpaarung, dann das Volumen, dann das Werkzeugbudget und schließlich die Passertoleranz. Durch die Beantwortung dieser Fragen in dieser Reihenfolge wird der häufige Fehler vermieden, ein Verfahren auszuwählen, bevor die Anforderungen an die Verbindung und die Materialpaarung festgelegt sind.
Ist Zweifarben-Spritzguss für Ihr Bauteil geeignet? Volumen?
Zweifarbige Spritzgussverfahren sind die richtige Lösung für eine bestimmte Kombination aus Teilefunktion und Volumen, und die Signale sind bereits vor der Angebotsanfrage erkennbar.
Passformkriterien
Vier Faktoren sprechen für Zweifarben-Spritzguss. Erstens: eine echte Zweikomponenten-Funktion: ein griffiger Softgrip, eine Dichtung, ein Sichtfenster oder eine dauerhafte, zweifarbige Beschriftung, die sich nicht abnutzt. Zweitens: eine starke und gleichmäßige Verbindung, bei der chemische Haftung an einer heißen Oberfläche von Vorteil und nicht von Nachteil ist. Drittens: eine präzise Passgenauigkeit – sei es für kosmetische Verzierungen, bei denen keine Trennlinie akzeptabel ist, oder für Beschriftungen und Legenden, die fest sitzen müssen. Viertens: ein ausreichend hohes Produktionsvolumen, um die Kosten für Werkzeug und Presse zu amortisieren.
Wenn sich das Design noch ändert oder die Stückzahl den Einsatz eines 2K-Werkzeugs nicht rechtfertigt, ist das Zweiwerkzeug-Umspritzen in der Regel die bessere Wahl. Wenn das zweite Material Metall und nicht Kunststoff ist, bietet sich das Einlegeverfahren als Vergleich an.
Vom Prototyp bis zur Massenproduktion
Ein realistischer Prozess umfasst sechs Phasen. Zunächst werden Konzept und Materialkombination anhand von Haftungsdaten und nicht durch Versuche festgelegt. Anschließend folgen DFM-Prüfung und Formfüllsimulation, um Füllung, Kühlungsgleichgewicht und Verzug zu testen, bevor der Stahl verwendet wird. Danach erfolgt die Prototypenerstellung: Multimaterial-Soft-Touch-Teile können aus additiven Werkstoffen prototypisch gefertigt werden, die eine starre Elastomer-Verbindung simulieren. Dies reicht in der Regel aus, um Griffgeometrie und Ergonomie zu testen. Alternativ kann für Kleinserien, bei denen frühzeitig echte Zweikomponenten-Teile benötigt werden, ein Schiebetischwerkzeug eingesetzt werden. Die T1-Bemusterung validiert dann die Abmessungen und die Haftungsleistung, einschließlich der Temperaturwechselbeständigkeit. Anschließend wird das Prozessfenster festgelegt, wobei beide Komponenten aufeinander abgestimmt werden, anstatt dass eine die andere kompensiert. Die Produktion läuft dann mit laufender Qualitätskontrolle an.
Die Validierung der Haftung sollte in diesen Prozess integriert und nicht erst im Anschluss daran erfolgen. Der zuverlässigste Test vor der Werkzeugherstellung besteht darin, flache Platten beider Materialien nacheinander mithilfe einer Testform herzustellen und anschließend einen Schältest gemäß ASTM D903 sowie einen Gitterschnitttest gemäß ASTM D3359 durchzuführen. Die meisten TPE-Lieferanten veröffentlichen zudem Datenblätter zur Haftung, die die gemessene Schälfestigkeit auf gängigen Substraten ausweisen. Diese sollten angefordert werden, bevor die Materialauswahl endgültig getroffen wird.
Entscheiden Sie sich für NOBLE zur Unterstützung Ihrer Zweifarben-Spritzgussprojekte.
NOBLE ist ein chinesisch-britisches Joint Venture und ein chinesischer Fertigungspartner, der von der Regierung als „Nationales Hightech-Unternehmen“ ausgezeichnet wurde. Mit über 10 Jahren Erfahrung bietet NOBLE kundenspezifische Fertigung aus einer Hand – von der Prototypenentwicklung bis zur Serienproduktion. Unsere Engineering- und Verarbeitungskompetenzen unterstützen Kunden sowohl bei der Prototypenentwicklung als auch bei der Serienfertigung von Zweifarben-Spritzgussprojekten.
Unser Qualitätsmanagement ist nach ISO 9001:2015 und ISO 13485:2016 zertifiziert. Die zweite Zertifizierung ist wichtig für Teams, die medizinische Geräte und chirurgische Instrumente entwickeln, bei denen das Zweifarben-Spritzgießen verwendet wird, um unterschiedliche Härten und Farben in einem Bauteil zu kombinieren.
Wir bieten einen Komplettservice von der Konstruktion bis zur Montage – nicht nur die Produktion. Dieser Leistungsumfang ermöglicht es, die in diesem Leitfaden beschriebenen Entscheidungen innerhalb eines einzigen Projekts abzuwickeln: Materialauswahl und DFM-Prüfung vor der Werkzeugfreigabe, Prototypenteile zur Prüfung von Griffgeometrie und Ergonomie, Formfüllsimulation und Bemusterung sowie Produktion mit Qualitätskontrolle.
Unterstützende Fähigkeiten, als Fakten aus erster Hand über unsere Geschäftstätigkeit:
- Kurze Lieferzeit. Mit der Unterstützung umfassender CNC-Software und erfahrener Ingenieure können Ihre Teile innerhalb von 7–10 Tagen schnell fertiggestellt werden.
- Preise in Echtzeit. Sie erhalten innerhalb von 24 Stunden nach Eingang Ihrer Angebotsanfrage mit den erforderlichen Informationen ein schnelles und professionelles Angebot.
- Interne Kapazitäten. Dank umfangreicher interner Kapazitäten können wir die Anforderungen vom Entwurf und Prototypenbau bis hin zur Serienfertigung von Teilen erfüllen, anstatt auf ausgelagerte Aufträge angewiesen zu sein.
- Hochentwickelte Testgeräte. Ein vollständiger Satz an Prüfgeräten und ein umfassendes Qualitätskontrollsystem tragen dazu bei, dass Prototypen und Bauteile mit hoher Genauigkeit hergestellt werden.
- Branchenführende Expertise. Fortschrittliche Rapid-Prototyping- und Rapid-Manufacturing-Technologien zur Bearbeitung verschiedener Metall- und Kunststoffmaterialien gemäß vorgegebenen Spezifikationen.
Um ein Zweifarben-Spritzgussprojekt zu besprechen, senden Sie uns bitte eine Angebotsanfrage mit den benötigten Teileinformationen. Unser Team wird Ihnen dann ein Angebot und einen empfohlenen Weg vom Prototyp bis zur Serienproduktion zukommen lassen.
Häufig gestellte Fragen zum Zweifarben-Spritzgießen
Worin besteht der Unterschied zwischen Zweikomponenten-, 2K-, Dual-Shot- und Mehrkomponenten-Spritzguss?
Zweikomponenten-Spritzgießen, 2K-Spritzgießen und Dual-Shot-Spritzgießen sind nahezu Synonyme für denselben sequenziellen Zweikomponenten-Spritzgießprozess in einem Maschinenzyklus. Mehrkomponenten-Spritzgießen ist der Oberbegriff, der neben Zweikomponenten-Spritzgießen auch Varianten mit drei oder mehr Komponenten sowie Sandwich-/Co-Injektionsspritzgießen umfasst. „Zweifarben-Spritzgießen“ betont das visuelle Ergebnis; „Zweikomponenten-Spritzgießen“ die Anzahl der Spritzgießschritte.
Welche Formkonfiguration eignet sich für welches Bauteil?
Die Drehplatte eignet sich für teilweise oder einseitig freiliegende Vorformlinge bei hohen Stückzahlen. Die Indexplatte ist geeignet für Vorformlinge, die oben einseitig und unten teilweise frei sind und beidseitig umspritzt werden. Die Schiebetrennung ist die einfache und kostengünstige Lösung, wenn der Vorformling teilweise entformt werden muss. Der Schiebetisch eignet sich für Prototypen und Kleinserien mit einseitiger Umspritzung. Die Transferpresse deckt Konstruktionen ab, bei denen der Vorformling beidseitig frei sein muss. Sandwich-/Co-Injektionsspritzung erzeugt eine Kern-Mantel-Struktur.
Welche Harzpaare verbinden sich chemisch, und welche benötigen eine mechanische Verbindung?
ABS, PC und PC/ABS haften hervorragend mit styrolbasiertem TPE; PA6/PA66 haften gut bis sehr gut mit Polyamid-basiertem TPE; PP haftet gut mit olefinischem TPE oder TPV; ABS und ASA haften hervorragend als Paar derselben Materialfamilie; PMMA und ABS haften gut. POM mit modifiziertem TPE haftet nur mäßig und benötigt eine mechanische Verriegelung. Ein Standard-Styrol-TPE haftet überhaupt nicht mit PP, es sei denn, es handelt sich um ein PP-basiertes Material.
Welche Konstruktionsregeln sind vor der Werkzeugfreigabe besonders wichtig?
Gleichmäßige Wandstärke mit ausgehöhlten Massen und Rippen anstelle von massiven Abschnitten; ausreichendes Entformungsgefälle (üblicherweise 1–1.5 Grad pro Seite an Substratwänden mit Umspritzung); Stauchung von typischerweise 0.003–0.005 Zoll beim Absperren des zweiten Spritzvorgangs, mit zusätzlicher Stauchung bei dicker erster Spritzschicht; vollständige Abstützung der ersten Spritzschicht gegen den Kavitätsdruck der zweiten Spritzschicht, wobei kein ungestütztes Element länger als etwa das Dreifache seiner Dicke ist; und mechanische Verzahnungen, wo immer die chemische Bindung nicht gewährleistet ist.
Wie werden Verzug und Delamination kontrolliert?
Verzug wird durch gleichmäßige Wandstärken und sanfte Übergänge, gleichmäßige Kühlung, ein Materialpaar mit bekanntem Schwindungsunterschied und eine Formfüllsimulation vor der Werkzeugherstellung minimiert. Delamination wird durch die korrekte Materialkombination, die Aufrechterhaltung einer heißen und sauberen Oberfläche des ersten Spritzgussteils, mechanische Verriegelungen als zusätzliche Sicherung und Haftungsprüfungen bei der Probenahme einschließlich Temperaturwechseltests verhindert. Kohäsionsversagen (Reißen des TPE) ist das gewünschte Ergebnis; Adhäsionsversagen (sauberes Ablösen) deutet auf chemische oder prozessbedingte Fehler hin.
Wie schneidet das Zweifarbenspritzverfahren im Vergleich zu Umspritzen, Einlegetechnik, Dekoration und Schweißen hinsichtlich Werkzeugkosten und Wirtschaftlichkeit in der Serienfertigung ab?
Zweifarbenspritzguss hat die höchsten Werkzeugkosten und die niedrigsten Stückkosten bei großen Stückzahlen, bietet die stärkste chemische Verbindung und die präziseste Passgenauigkeit. Zweiwerkzeug-Umspritzen liegt hinsichtlich Werkzeug- und Stückkosten im Mittelfeld und ist am flexibelsten für die Entwicklung. Einlegetechnik hat die niedrigsten Werkzeugkosten, jedoch steigen die Lohnkosten pro Stück bei großen Stückzahlen. Dekoration erfordert zusätzliche Bearbeitungsschritte nach dem Spritzgießen. Schweißen führt zu einem zusätzlichen Montageschritt und Einschränkungen bei der Verbindungsgestaltung.
Wie kann ich beurteilen, ob eine zweifarbige Zierleiste zu meinem Bauteil und Volumen passt?
Achten Sie auf eine echte Zwei-Material-Funktion, eine starke und gleichmäßige Verbindung, enge Passeranforderungen und ein ausreichend hohes Produktionsvolumen zur Amortisation des Werkzeugs. Folgen Sie dann dem Weg vom Prototyp zur Serienfertigung: Materialpaarung, DFM und Simulation, Prototyp (additiv oder mit einem Schiebetischwerkzeug für Kleinserien), T1-Bemusterung mit Validierung der Verbindung und des Temperaturzyklus, Festlegung des Prozessfensters und Serienfertigung mit laufender Qualitätskontrolle.
