Das Blasformen – auch als Spritzblasformen oder IBM bekannt – ist ein zweistufiges Verfahren: Ein Vorformling wird auf einen Kernstab aufgespritzt. Anschließend werden Kernstab und Vorformling gemeinsam zu einer Blasform transportiert, wo der noch warme Kunststoff durch Luft gegen die Formkavität expandiert. Diese Konstruktionsentscheidung, den Vorformling zu formen statt ihn zu extrudieren, verleiht dem IBM-Verfahren seinen Ruf für präzise Halsbearbeitung und reproduzierbare Wandstärkenverteilung. Gleichzeitig begrenzt sie aber auch die Anwendungsbereiche, in denen das Verfahren wirtschaftlich sinnvoll ist.
Dieser Leitfaden richtet sich an Produktentwickler und Einkaufsteams, die über die Herstellung von Hohlkörpern aus Kunststoff entscheiden. Er beschreibt Schritt für Schritt den gesamten Prozess von der Vorform bis zum fertigen Bauteil, die gängigen Kunststoffe für das Blasformen und deren Anwendungsbereiche, die Vorteile der Präzision von IBM, einen neutralen Vergleich mit Extrusionsblasformen, Streckblasformen, konventionellem Spritzgießen, CNC-Bearbeitung und additiver Fertigung sowie die Werkzeugberechnung für Kleinserien im Spritzgussverfahren und die Prototypenfertigung. Abschließend werden die notwendigen Design- und Validierungsprüfungen vor der Werkzeugherstellung und die Unterstützung von Blasformprojekten durch NOBLE erläutert. Die hier präsentierten Vergleiche basieren auf ihren jeweiligen Vorzügen; kein Verfahren ist in allen Kriterien optimal, und es wird kein Drittanbieter bevorzugt.
Was ist Blasspritzgießen?
Das Blasformen ist ein Spritzblasverfahren: Ein Vorformling wird in einer Heißspritzform um ein Blasrohr oder einen Kernstab herum geformt. Kernstab und Vorformling werden zusammen entnommen und in eine Blasform überführt, wo der Vorformling dann auf die gewünschte Kavitätsform aufgeblasen wird. Es ist eines von drei Hauptblasformverfahren, die sich lediglich in der Art der Vorformlingherstellung unterscheiden – durch Extrusion, durch Einspritzen oder durch Einspritzen mit anschließender Streckung.
Die Terminologie stiftet mehr Verwirrung als der Prozess selbst. „Blasspritzgießen“ ist keine vierte Technik neben den anderen drei; es ist dasselbe Verfahren wie das Spritzblasformen, nur mit umgekehrter Bezeichnung. Entscheidend für eine Spezifikation ist, welches der drei Vorformlingsverfahren angegeben wird, denn diese Wahl bestimmt die Werkzeugarchitektur, die erreichbaren Toleranzen und die Zykluszeit.
Zwei Grenzen sollten vorab klargestellt werden. IBM ist nicht der Weg zu biaxial orientierten PET-Getränkeflaschen – dafür wird das Streckblasformen verwendet, und die damit erzeugte Orientierung lässt sich mit IBM nicht erreichen. IBM ist auch kein Ersatz für das Spritzgießen von Vollteilen: Es stellt hohle, einteilige Artikel her, und ein im Wesentlichen massives oder offenes Teil gehört in eine konventionelle Form.
Spritzblasformen vs. Extrusionsblasformen
Beim Extrusionsblasformen wird der Vorformling durch eine Düse nach unten extrudiert, anschließend werden die beiden Formhälften um ihn herum verschlossen – oben abgeklemmt und unten ein Blasstift abgedichtet – und er wird aufgeblasen. Dieser Prozess ist kontinuierlich und schnell, weshalb das Extrusionsblasformen das Standardverfahren für die Massenproduktion von Flaschen, Griffen, Industriebehältern und Automobil-Luftkanälen ist. Der Preis für diese Geschwindigkeit sind eine Abklemmnaht, größere Toleranzen und eine Wandstärkenverteilung, die eher von der Kontrolle des Vorformlings als von einem vorgeformten Formteil abhängt.
IBM formt den Vorformling stattdessen auf einem Kernstift. Da der Hals im Spritzgusshohlraum geformt und nicht aufgeblasen wird, hält er die für das Spritzgießen üblichen Toleranzen ein – etwa ±0.13 mm –, während dies beim aufgeblasenen Korpus nicht der Fall ist. Außerdem entfällt das Abknicken von Formteilen. Der Nachteil liegt in der Produktionsgeschwindigkeit: IBM arbeitet langsamer als das Extrusionsblasformen, ist auf kleinere Teile beschränkt und kann keine integrierten Griffe herstellen.
In der Praxis bedeutet das, dass man zwischen Präzision und Wiederholgenauigkeit einerseits und Zyklusgeschwindigkeit andererseits abwägen muss. Keines der beiden Verfahren ist generell überlegen; ein 200-Liter-Fass und eine 30-ml-Pharmazeutikaflasche stellen schlichtweg unterschiedliche Herausforderungen dar.
Spritzblasformen vs. Spritzstreckblasformen
Das Streckblasformen beginnt ähnlich wie das IBM-Verfahren mit einem spritzgegossenen Vorformling. Der Unterschied liegt in der Blasstation: Ein Streckstab fährt in Längsrichtung, während Vorblas- und anschließend Nachblasluft den Vorformling sowohl axial als auch tangential strecken. Typische Streckverhältnisse sind 2–3× axial und 3.5–4.5× in Umfangsrichtung, was einer planaren Orientierung von etwa 10–16× entspricht. Diese biaxiale Molekülorientierung verleiht PET-Flaschen ihre Klarheit, Steifigkeit und Gasdichtigkeit; eine nicht orientierte PET-Flasche gleichen Gewichts ist trüb und kriecht unter dem Druck der Kohlensäurebildung.
IBM vermittelt diese Orientierung nicht. Wenn die Leistung eines Bauteils von orientierten Materialeigenschaften abhängt – Druckbeständigkeit, Transparenz, Barrierewirkung –, sind die beiden Verfahren nicht austauschbar, und IBM sollte nicht als Ersatz angeboten werden.
Der Blasformprozess, Schritt für Schritt
Der IBM-Zyklus lässt sich am besten als Kette verstehen, in der jede Stufe der nächsten eine bestimmte Bedingung übergibt. Die Einspritzphase legt die Halsgeometrie und die Materialverteilung fest; die Konditionierung entscheidet, ob sich diese Verteilung gleichmäßig aufblasen lässt; Transfer und Aufblasen formen das Material in die gewünschte Karosserieform; die Kühlung fixiert das Ergebnis. Ein Fehler, der am Ende auftritt, entsteht in der Regel ein oder zwei Stufen zuvor.
Vorformlingsinjektion und Kernstabkonditionierung
Die Vorform wird um ein Blasrohr oder einen Kernstab in einer Heißspritzform eingespritzt. Da der Hals hier geformt und nicht aufgeblasen wird, legt dieser Schritt das Verschlussgewinde, die Dichtfläche und alle engen Maße des Bauteils fest – deshalb sollten eng tolerierte Merkmale am Hals liegen und nicht am aufgeblasenen Körper. Der Einspritzvorgang bestimmt auch die Materialverteilung, und der Blasvorgang kann nur das bereits vorhandene Material neu verteilen.
Das Temperaturprofil des Vorformlings beim Transfer bestimmt dessen Aufblasverhalten. Ist er zu kühl, lässt sich das Material nur schwer dehnen, dünnt ungleichmäßig aus oder füllt Ecken nicht vollständig aus; ist er zu heiß, hängt er durch oder klebt. Die Gleichmäßigkeit der Temperaturverteilung im Vorformling ist ebenso wichtig wie die Durchschnittstemperatur, da sich ein Temperaturgradient unter Luftdruck in einen Wanddickengradienten verwandelt. In Mehrstationenmaschinen zirkulieren die Kernstäbe in Gruppen, wodurch Vorformlingsinjektion, Aufblasen und Auswerfen gleichzeitig erfolgen können und der Vorformling vor Erreichen der Aufblasstation ein definiertes Zeitfenster zum Temperaturausgleich erhält.
Transfer, Inflation und Kühlung
Der Kernstab und der Vorformling werden aus der Spritzgussform entnommen und in die Blasform positioniert. Dort schließen sich die Formhälften um den Vorformling, und Luft wird durch den Blasstift zugeführt. Die Ausrichtung des Kernstabs ist in diesem Moment entscheidend: Liegt der Vorformling nicht mittig im Formhohlraum, variiert das Aufblasverhältnis entlang des Umfangs, und eine Seite des Bauteils wird dünn.
Blasdruck und -zeitpunkt bestimmen, wie präzise der Kunststoff die Kavität wiedergibt. Die Aufblasdrücke variieren je nach Verfahren erheblich – etwa 25–150 psi (1.7–10 bar) beim Extrusionsblasformen gegenüber 500–600 psi (35–40 bar) beim Streckblasformen von PET. Niedriger Druck reicht nicht aus, um Material in tiefe Rippen oder scharfe Details zu pressen. Daher beträgt die Rippen- und Prägetiefe üblicherweise etwa die Hälfte der Wandstärke.
Die Abkühlung ist der Zeitpunkt, an dem die endgültige Geometrie festgelegt wird. Abkühlzeit und Formtemperaturkontrolle bestimmen die Dimensionsstabilität und die Eigenspannungen. Ungleichmäßige Abkühlung führt später zu Verzug oder Wandstärkenabweichungen. Wasserkanäle in der Form unterstützen die Kühlung, und die Kühlungsanordnung muss gleichmäßig um das Bauteil verteilt sein, anstatt sich nur auf einzelne, günstige Stellen zu konzentrieren.
Ausstoß und Sekundäroperationen
Nach der Abkühlphase öffnet sich die Blasform, der Kernstab dreht sich in die Auswurfposition, und das fertige Produkt wird entnommen. Wo der Prozess es zulässt, können die Teile vor dem Verpacken auf Dichtheit geprüft werden – eine sinnvolle Inline-Kontrolle für Behälter, die Flüssigkeiten aufnehmen.
IBM produziert keinen Abklemmabfall, daher ist das Entgraten im Vergleich zum Extrusionsblasformen in der Regel minimal. Verbleibende Bearbeitungsschritte wie Trimmen, Bohren, Etikettieren oder Montieren sind Nachbearbeitungen, die Kosten und Variabilität verursachen. Sie sollten, wo immer möglich, durch die Konstruktion vermieden und nicht in die Fertigungslinie integriert werden.
Materialien, die beim Blasspritzgießen verwendet werden
Die am häufigsten verwendeten Blasformmaterialien sind Polyethylen niedriger Dichte (LDPE), Polyethylen hoher Dichte (HDPE), Polypropylen (PP), PVC und PET. Mit dem Blasformverfahren lassen sich Einwegbehälter in verschiedenen Größen und Formen, Fässer, Recyclingflaschen, Kraftstofftanks für Kraftfahrzeuge, Lagertanks, Kugelleuchten, Spielzeug, Badewannen und kleine Boote herstellen.
Die Materialwahl beim IBM-Verfahren unterliegt einer spezifischen Anforderung: Der Vorformling muss beim Transfer zusammenhalten und sich nach Erreichen der Blasform gleichmäßig aufblähen. Dies unterscheidet sich von der Anforderung beim Extrusionsblasformen, wo der Vorformling sein Eigengewicht tragen muss, während er an der Düse hängt. Daher ist die Schmelzfestigkeit ausschlaggebend für die Auswahl des EBM-Materials, und ein spritzgießfähiges HDPE mit einem Schmelzflussindex von 5–15 g/10 min kann im EBM-Verfahren keinen stabilen Vorformling ergeben. Da der IBM-Vorformling spritzgegossen wird, eignet sich das Verfahren für eine größere Bandbreite an Polymeren als das Extrusionsblasformen. Dies ist eine relative Aussage und keine Rechtfertigung dafür, anzunehmen, dass jeder technische Kunststoff routinemäßig blasgeformt werden kann.
Standard- und technische Kunststoffe im Blasformverfahren
Die gängigen Kunststofffamilien werden eher nach Anwendungsbereich als nach technischer Qualität sortiert. Polyolefine – LDPE und HDPE – werden für Behälter und Tanks verwendet, wobei Robustheit, Chemikalienbeständigkeit und Kosten ausschlaggebend sind. Polypropylen eignet sich für Behälter und Verschlüsse, die eine höhere Temperaturbeständigkeit und Steifigkeit erfordern. PVC kommt zum Einsatz, wenn Transparenz und Chemikalienbeständigkeit bei bestimmten Behältern wichtig sind. PET ist das Material für Getränke- und Druckflaschen, erreicht diese Eigenschaften jedoch nicht durch Spritzblasformen, sondern durch das sogenannte IBM-Verfahren.
Prozess und Material müssen aufeinander abgestimmt sein, bevor weitere Kriterien bewertet werden. Kraftstofftanks im Automobilbereich veranschaulichen, wie weit diese Abstimmung gehen kann: Moderne Tanks bestehen aus einer mehrschichtigen HDPE/Polyamid-Coextrusion, typischerweise sechs Schichten, darunter eine 0.2–0.4 mm dicke PA6-Sperrschicht, da reines HDPE allein die Grenzwerte für die Kohlenwasserstoffpermeation nicht einhält. Diese Struktur ist ein Ergebnis des Extrusionsblasformens.
Wo PEEK passt – und wo nicht.
PEEK ist ein teilkristalliner Hochleistungskunststoff mit einem dem Knochen ähnlichen Elastizitätsmodul, ausgezeichneter chemischer Beständigkeit gegenüber organischen Stoffen, Säuren und Basen, Kompatibilität mit Dampf-, Ethylenoxid-, Gamma- und Elektronenstrahlsterilisation sowie hoher mechanischer Festigkeit, die auch oberhalb von 250 °C erhalten bleibt. Aufgrund dieser Eigenschaften findet es Anwendung in der Medizin und in anspruchsvollen industriellen Bereichen.
Deshalb ist die Verarbeitung auch so anspruchsvoll. PEEK ist hygroskopisch und muss vor dem Schmelzen auf unter 0.02 % Restfeuchte getrocknet werden; unvollständige Trocknung führt zu Oberflächenstreifen, Ausfransungen und starker Blasenbildung oder Porosität. Typische Spritzgießbedingungen sind eine Schmelztemperatur von 370–385 °C und eine Werkzeugtemperatur von 175–205 °C, wobei die Zylinderzonen bis zu etwa 400 °C erreichen können. Die Werkzeugtemperatur ist nicht nur formal wichtig: Unterhalb von etwa 170 °C kühlt die Schmelze durch Abschrecken in einen amorphen Zustand ab, anstatt die teilkristalline Struktur anzunehmen, die PEEK seine Eigenschaften verleiht. PEEK schrumpft außerdem stärker als amorphe Kunststoffe, weshalb großzügige Angüsse und sorgfältiges Füllmaterial erforderlich sind.
Die vorliegende Richtlinie beschreibt das Blasspritzgießen, nicht das Blasspritzgießen mit PEEK. PEEK sollte nicht aufgrund seiner Spritzgießdaten als Standard-Blasformkunststoff betrachtet werden. Ob sich eine bestimmte PEEK-Sorte in eine vorgegebene Hohlform blasen lässt, muss in einem Machbarkeitsversuch mit einem Spritzgießer geprüft werden, der über die erforderliche Expertise in Heißwerkzeugen und Trocknung verfügt – und die Antwort kann „Nein“ lauten. Falls ein hohles PEEK-Teil benötigt wird, sind Alternativen wie die Bearbeitung der Form aus PEEK-Rohmaterial und das Spritzgießen von Unterbaugruppen mit anschließender Verbindung zu prüfen. Diese Optionen sind anhand der Teileanforderungen zu bewerten und stellen keine etablierten Alternativen zum Blasspritzgießen dar.
Anwendungen von Blas Spritzguss
IBMs Präzisionsvorteil zahlt sich nur in einem relativ engen Bereich aus: kleine Hohlteile, bei denen die Oberflächenbeschaffenheit des Halses die Funktion bestimmt und die Wandstärkenverteilung so gleichmäßig sein muss, dass Gewicht und Festigkeit des Teils vorhersehbar sind. Außerhalb dieses Bereichs sind andere Verfahren in der Regel überlegen.
Verpackungen und pharmazeutische Behälter
Kleine Pharma- und Körperpflegeflaschen sind ein typisches Anwendungsgebiet für IBM-Verfahren. Der Grund dafür liegt in der Konstruktion: Beim IBM-Verfahren wird der Flaschenhals spritzgegossen statt geblasen, wodurch die für das Spritzgießen üblichen Toleranzen von ca. ±0.13 mm eingehalten werden, während dies beim geblasenen Flaschenkörper nicht der Fall ist. Passgenauigkeit des Verschlusses, Gewindeeingriff, Originalitätssicherung und Dichtigkeit hängen von dieser Genauigkeit des Flaschenhalses ab. Abweichungen zwischen den einzelnen Teilen führen zu Problemen mit dem Anzugsmoment des Verschlusses und zu Undichtigkeiten in der Abfüllanlage.
Gleichmäßige Wandstärken sind aus einem weiteren Grund wichtig: Füllstand und Gewichtskonstanz. Ein Behälter mit variierenden Wandstärken entlang des Umfangs fasst ein etwas anderes Volumen, wiegt anders und verhält sich bei Beladung von oben anders. Standardausführungen wie die Serien SP-400 und SP-410 ermöglichen es, für ein Projekt einen Standardverschluss anstelle eines Sonderverschlusses zu verwenden, was sich lohnt, wenn die Konstruktion dies zulässt.
Hohlteile für Industrie und Automobil
Der breitere Bereich der Hohlkörper – Fässer, Kanister, Kraftstofftanks, Lagertanks, Kanäle und Lufteinlässe – wird überwiegend durch Extrusionsblasformen und nicht durch IBM bedient. Diese Teile sind groß, benötigen oft integrierte Griffe oder dicke Industriewände von 2–6 mm und werden in Stückzahlen gefertigt, bei denen die Zyklusgeschwindigkeit des Extrusionsverfahrens entscheidend ist. IBM ist auf kleine Teile beschränkt und kann keine integrierten Griffe herstellen. Daher ist es für diese Produktfamilie das falsche Verfahren, unabhängig davon, wie präzise der Hals geformt werden könnte.
Zu wissen, wann IBM die falsche Wahl ist, ist genauso wichtig wie zu wissen, wann es passt. Sehr große Teile scheiden aus. Massenproduktionsbehälter sind aus wirtschaftlichen Gründen ungeeignet. Alles, was eine biaxiale Ausrichtung erfordert – allen voran Flaschen für kohlensäurehaltige Getränke – scheidet aus, da IBM das Material nicht ausrichtet. Im verbleibenden Marktsegment punktet IBM mit präziser Halsbearbeitung und der Vermeidung von Abklemmmaterial.
Blasspritzgießen im Vergleich zu anderen Verfahren
Sechs Verfahren zur Herstellung von Hohlteilen sind einen direkten Vergleich wert: Spritzblasformen, Extrusionsblasformen, Streckblasformen, konventionelles Spritzgießen, CNC-Bearbeitung und additive Fertigung. Die Vergleichskriterien sind die Möglichkeit zur Herstellung von Hohlformen, Maßgenauigkeit, Werkzeugkosten, Zykluszeit, Materialauswahl und Oberflächengüte. Kein Verfahren ist in allen sechs Punkten überlegen; die folgende Tabelle dient als Entscheidungshilfe und stellt keine Rangliste dar.
Vergleichskriterien und wie man sie liest
Die Möglichkeit zur Herstellung von Hohlkörpern wirft die Frage auf, ob das Verfahren überhaupt eine geschlossene, einteilige Hülle produzieren kann und mit welchen Merkmalen – integrierten Griffen, verengten Öffnungen, Innengewinden. Die Maßgenauigkeit muss an ein spezifisches Merkmal gekoppelt sein: Hals und Korpus eines blasgeformten Teils weisen sehr unterschiedliche Toleranzen auf, und die Angabe eines einzigen Wertes für das gesamte Teil ist irreführend.
Werkzeuginvestitionen und Durchlaufzeit stehen im Widerspruch zueinander. Ein Verfahren mit günstigen Werkzeugen geht oft mit langen Durchlaufzeiten oder hohem Arbeitsaufwand pro Teil einher, während ein Verfahren mit kurzen Durchlaufzeiten häufig hohe fixe Werkzeugkosten verursacht. Präzisionsangaben müssen sich auf ein bestimmtes Teil und Material beziehen und dürfen nicht auf eine Prozessbezeichnung, da derselbe Prozess bei einer Geometrie enge Toleranzen und bei einer anderen weite Toleranzen aufweisen kann. Die Materialauswahl bezieht sich darauf, welche Polymere das Verfahren tatsächlich verarbeiten kann – nicht darauf, welche Polymere existieren. Die Oberflächengüte hängt stark von der Werkzeugoberfläche und der Lage der Trennebene ab.
Vergleichstabelle: Hohlteilrouten
Die Tabelle enthält qualitative und teilespezifische Einträge. Wenn eine Route als eingeschränkt gekennzeichnet ist, handelt es sich dabei um eine bekannte Prozesseigenschaft und nicht um eine Bewertung eines bestimmten Lieferanten.
| Route | Hohlgeometrie | Maßgenauigkeit | Werkzeuginvestitionen | Zyklusrate | Materialbereich | Oberflächengüte |
| Spritzblasformen (IBM) | Einteilig hohl, kleine Teile; keine integrierten Griffe | Hoch am spritzgegossenen Hals (~±0.005 Zoll / ±0.13 mm); mittel am blasgeformten Körper | Spritzgussform plus Blasform – aufwändiger als eine einfache Spritzgussform | Mäßig; langsamer als Extrusion | Breiter als bei Extrusion, da der Vorformling geformt wird | Gut; keine Quetschnaht |
| Extrusionsblasformen (EBM) | Einteilig hohl, große Teile; Griffe und dicke Wände | Mäßig; Falznaht und größere Toleranzen | Mittelmäßig; für große Teile einfacher als IBM. | Hoch | Erfordert Schmelzfestigkeit; Polyolefine dominieren | Glänzend bis matt oder genarbt; Abklemmnaht immer sichtbar |
| Spritzstreckblasformen (ISBM) | Einteilige Hohlbehälter für Getränke und Druck | Hoch am Hals; körperorientiert und formstabil | Spritzguss-Vorformling plus Blasform | Hoch | Im Wesentlichen PET für leistungsorientiertes Arbeiten | Klar, hochglänzend |
| Konventioneller Spritzguss | Voll- und offene Bauteile; Hohlkörper nur durch Kerne, Gasunterstützung oder verbundene Schalen | Hoch, merkmalsabhängig | Hohe Kosten; Kern-, Seitenwirkungs- oder Abschraubmechanismen erhöhen die Kosten. | Hoch | Breit | Ausgezeichnet, schimmelabhängig |
| CNC-Bearbeitung | Hohlformen, die aus einem Vollmaterial oder aus zwei Hälften geschnitten werden | Hoch, merkmalsabhängig | Sehr gering bis gar nicht vorhanden | Niedriger Preis pro Teil; geeignet für kleine Mengen | Breit, einschließlich PEEK-Stangenformen | Gut; Werkzeugspuren kontrollierbar |
| Generative Fertigung | Komplexe interne Geometrie; wird häufig zur Validierung verwendet | Mäßig; prozess- und orientierungsabhängig | Keine Präsentation | Niedriger Preis pro Stück; geeignet für Prototypen und Kleinserien | Schmaler als die maschinelle Bearbeitung | Schichtabhängig |
Die Leistungsangaben sind Richtwerte und bauteilspezifisch. Die tatsächliche Leistungsfähigkeit hängt von Material, Größe, Geometrie, Oberflächenbeschaffenheit und Prüfanforderungen ab.
Wann das konventionelle Spritzgießen dem Blasformen überlegen ist
Massive und offene Bauteile werden im konventionellen Spritzgussverfahren hergestellt. Hohlformen lassen sich mitunter ebenfalls dort fertigen – durch Einsetzen und Herausnehmen eines Innenkerns mit praktischem Entformungsschrägen, durch Verwendung eines zusammenklappbaren, abschraubbaren oder seitlich wirkenden Kerns für enge Öffnungen und Innengewinde, durch einen entfernbaren oder Opferkern, durch Gasunterstützung oder durch Formen zweier Schalen und deren anschließendes Verbinden.
Jede dieser Optionen ist ein Kompromiss, keine kostenlose Verbesserung. Gewichtsreduzierung durch Materialentfernung kann zwar die Masse verringern, aber auch die Biegesteifigkeit verringern, das Stoßverhalten verändern, die Empfindlichkeit gegenüber Knicken oder Schweißnähten erhöhen und Schwindung, Abkühlung und Verzug schwerer kontrollierbar machen. Eine dünnere Außenschale kann Masse sparen, aber die Steifigkeit bei Biegung oder lokaler Kompression verringern; ein höherer oder tieferer Querschnitt kann die Querschnittssteifigkeit mitunter wiederherstellen, ohne viel Material hinzuzufügen. Hohlkonstruktionen um ihrer selbst willen sind nicht automatisch eine Verbesserung, und ein allgemeiner Gewichtsreduzierungsprozentsatz ist keine Designgenehmigung.
Wann ist maschinelle Bearbeitung oder additive Fertigung besser geeignet?
CNC-Bearbeitung und additive Fertigung sind die praktikablen Verfahren für Prototypen, Kleinserien und Geometrien, die den Einsatz von Blasformwerkzeugen nicht rechtfertigen. Die spanende Bearbeitung ermöglicht enge Toleranzen bei Vollmaterial und kann Hohlformen durch das Ausschneiden aus zwei Hälften oder aus einem dickwandigen Rohling erzeugen; die additive Fertigung ermöglicht die Realisierung von Innengeometrien, die sich sonst nur schwer formen ließen.
Die Wahl zwischen den Verfahren hängt von Menge, Material und Toleranz ab, nicht von einer allgemeinen Hierarchie. Üblicherweise wird die Konstruktion und Montage zunächst mittels CNC-Bearbeitung geprüft. Anschließend, sobald die Konstruktion stabil ist, wird ein Produktionsverfahren wie Spritzgießen oder Blasformen evaluiert. Enge Toleranzen sollten nur für Maße gelten, die Funktion, Passung oder Prüfung beeinflussen. Bezugspunkte, Prüfverfahren und Abnahmekriterien müssen definiert sein – unnötig enge Toleranzen erhöhen das Risiko von Bearbeitung, Prüfung und Nacharbeit, ohne einen Mehrwert zu schaffen.
Wirtschaftlichkeit von Spritzguss in Kleinserien, Prototypenbau und Werkzeugbau
Hohlteile können als Prototypen in kleinen Stückzahlen hergestellt werden, die Wirtschaftlichkeit unterscheidet sich jedoch von der Herstellung von Vollteilen im Spritzgussverfahren. Dieser Unterschied sollte vor der Budgetfestlegung verstanden werden.
Das Blasspritzgießen erfordert zwei Werkzeugsätze: eine Spritzkavität zur Herstellung des Vorformlings auf dem Kernstab und eine Blasform zur Formung des fertigen Körpers. Der Werkzeugsatz ist daher aufwendiger als bei einem Einkavitäten-Spritzgießwerkzeug, und die Fixkosten müssen auf die Produktionsmenge verteilt werden. Kleinserien-Spritzgießen ist sinnvoll, wenn das Teiledesign stabil ist und die Menge die Werkzeugkosten rechtfertigt; es ist unrealistisch, wenn sich das Design noch ändert, da ein Werkzeugwechsel bei geringen Stückzahlen die Amortisation vollständig zunichtemacht.
Üblicherweise werden Validierung und Produktion getrennt durchgeführt. Prototyping-Verfahren wie spanende Bearbeitung oder additive Fertigung bestätigen Geometrie, Wandquerschnitte und Montageflächen, bevor die Werkzeuge für das Blasformen festgelegt werden. Brückenwerkzeuge und Werkzeugfamilien sind Optionen, die bei Stückzahlen zwischen Prototyp und Serienfertigung mit einem Hersteller besprochen werden sollten – sie müssen jedoch für das jeweilige Bauteil und nicht als Standardausstattung bewertet werden.
Wie die Werkzeugkosten mit der Menge skalieren
Die Rechnung ist einfach und lohnt sich, sie aufzuschreiben. Wenn die fixen Werkzeugkosten T auf eine Menge Q verteilt werden, beträgt der Werkzeugdeckungsbeitrag pro Teil T ÷ Q. Die Kosten pro Teil setzen sich dann aus diesem Deckungsbeitrag und den variablen Kosten für Material, Maschinenzeit und Nachbearbeitung zusammen.
Nehmen wir hypothetische Werkzeugkosten von 60,000 US-Dollar an. Bei 500 Teilen beträgt der Werkzeugdeckungsbeitrag 120 US-Dollar pro Teil. Bei 5,000 Teilen sind es 12 US-Dollar. Bei 50,000 Teilen sind es 1.20 US-Dollar. Die variablen Kosten pro Teil ändern sich über diese Mengen hinweg kaum; was sich ändert, sind die Fixkosten pro Einheit. Deshalb ist die Fertigung kleiner Stückzahlen mit einem höheren Stückkostenaufschlag verbunden, und deshalb sinkt dieser Aufschlag mit steigender Stückzahl.
Die praktische Konsequenz ist, dass die Spritzgussfertigung kleiner Stückzahlen anhand der Gesamtprojektkosten und nicht allein anhand des Stückpreises beurteilt werden sollte. Ein höherer Stückpreis bei 500 Stück kann dennoch die richtige Entscheidung sein, wenn dadurch ein Design validiert wird, das andernfalls doppelt gefertigt werden müsste.
Prüfung eines Hohlteils vor dem Schneiden Werkzeugbau
Ein Prototyp-First-Ansatz ermöglicht die kostengünstige Beantwortung spezifischer Fragen. Vor der Werkzeugfertigung kann ein Prototyp Wandquerschnitte und das daraus resultierende Gewicht, Hals- und Verschlussgeometrie, das Materialverhalten bei den vorgesehenen Wandstärken sowie die Passgenauigkeit der Montageflächen mit den Gegenstücken bestätigen.
Es kann nicht alles bestätigen. Ein maschinell oder gedruckter Prototyp bildet weder das Prozessfenster des Blasformverfahrens noch die durch die Aufblähung entstehende Wandverteilung oder das Eigenspannungs- und Schwindungsverhalten des Produktionswerkzeugs ab. Diese Fragen werden durch einen dokumentierten Werkzeugversuch beantwortet, nicht durch einen Prototyp. Der Prototyp dient dazu, sicherzustellen, dass der Werkzeugversuch Prozessfragen und nicht Konstruktionsfragen prüft.
Konstruktionsüberlegungen und Validierung vor der Werkzeugproduktion
Die meisten Entscheidungen, die über den Erfolg eines Hohlteils entscheiden, werden vor dem Werkzeugschnitt getroffen. Die folgende Checkliste umfasst die Punkte, die am häufigsten später zu Änderungsanträgen führen.
Die Gleichmäßigkeit der Wandstärke ist von größter Bedeutung. Große Schwankungen führen zu Schwachstellen, übermäßigem Materialverbrauch und ungleichmäßiger Bauteilleistung. Da die Wandstärke beim Blasformen eher vom Schussgewicht und der lokalen Dehnung abhängt als direkt vorgegeben zu sein, sollte die Konstruktion an ihrem dünnsten vorhergesagten Abschnitt bewertet werden. Das Aufblasverhältnis ist hierbei entscheidend: 2:1 bis 2.5:1 ist der empfohlene Bereich, wobei 3:1 die praktische Grenze darstellt. Jenseits dieses Wertes werden die Ecken dünner und spröde. Innenradien von 2–3 × Wandstärke werden empfohlen, wobei 1 × Wandstärke als Grenze gilt, da die Ecken am stärksten gedehnt werden und am dünnsten werden.
Als Nächstes folgen Formschräge und Auswerfen. Glatte Oberflächen benötigen 0.5–1° pro Seite, maximal 0.25°; strukturierte Oberflächen erfordern 1–1.5°, da die Strukturtiefe die notwendige Formschräge erhöht. Das Teil schrumpft beim Abkühlen aus dem Formhohlraum heraus, weshalb Blasformen weniger Formschräge benötigen als Spritzgussformen – der spritzgegossene Hals unterliegt jedoch weiterhin den Spritzgussregeln.
Bei der Einspritzphase gelten für Anguss und Entlüftung die PEEK-Prinzipien: Nach Möglichkeit wird in den dicksten Bereich angegossen, um den Nachdruck während der Erstarrung aufrechtzuerhalten. An den Enden der Fließfront und den Schweißnähten ist eine großzügige Entlüftung vorzusehen. Die Schnittstelle zwischen Hals und Verschluss sollte frühzeitig festgelegt werden, idealerweise mit einer Standardoberfläche, damit ein Standardverschluss verwendet werden kann. Abschließend ist festzulegen, welche Qualitätsparameter wie geprüft werden: Maßgenauigkeit, Oberflächenbeschaffenheit, mechanische Festigkeit, Dichtheit und Gewichtskonstanz.
Wandstärke, Entformungsschräge und Auswurf
Die Wandstärke beeinflusst sowohl Festigkeit als auch Gewicht. Ein Bauteil, das auf einer Seite dick und auf der anderen dünn ist, ist schwerer als nötig und an der dünnsten Stelle schwächer. Diese dünne Stelle versagt in der Regel zuerst bei einem Sturz oder einer Belastung von oben. Die Wandstärke von Konsumbehältern liegt typischerweise zwischen 0.3 und 1.0 mm (0.012–0.040 Zoll), während industriell extrusionsblasgeformte Tanks und Kanäle 2–6 mm (0.080–0.250 Zoll) aufweisen.
Die Formgebung und die Auswerferkonstruktion verhindern Verformungen beim Entnehmen. Da das Teil beim Abtrennen vom Kernstab noch warm ist, müssen die Größe und Position des Auswerferstifts sorgfältig geprüft werden, um Verformungen zu vermeiden. Dünne oder ungestützte Bereiche sind häufig die Schwachstellen.
Qualitätsparameter und häufige Fehler
Die Qualitätskontrolle beim Blasformen basiert auf sechs Parametern: Wandstärkengleichmäßigkeit, Maßgenauigkeit, Oberflächenbeschaffenheit, mechanische Festigkeit, Dichtheit und Gewichtskonstanz. Jeder Parameter wird mittels einer Kontrollmethode geprüft – z. B. mit Dickenmessgeräten und -sensoren, Messschiebern, Mikrometern und Koordinatenmessgeräten, Sichtprüfung und Glanzmessung, Fall-, Druck- und Kompressionsprüfungen, Vakuum- und Luftdruckprüfungen sowie Dichtheitsprüfungen und regelmäßigen Wägungen auf Präzisionswaagen.
Die häufigsten Fehler und ihre typischen Ursachen sollten bei der Fehlersuche als Referenz dienen. Es handelt sich dabei eher um typische Zusammenhänge als um absolute Gewissheiten, und mehrere Ursachen können dasselbe Symptom hervorrufen.
| Defekt | Beschreibung | Typische Ursachen |
| Blinken (Flash) | Überschüssiges Material an den Trennlinien | Hohe Schmelztemperatur, übermäßige Schließkraft, verschlissene Trennlinie |
| Dünne Wände | Unebene oder schwache Wandabschnitte | Unsachgemäße Vorgusssteuerung, Probleme mit der Formausrichtung |
| Brandflecken | Verfärbungen oder verbrannte Stellen | Überhitzung, mangelhafte Belüftung |
| Bubbles | Luft, die in den Wänden eingeschlossen ist | Feuchtigkeit im Material, unzureichende Formgebungsparameter |
| Verziehen | Verzerrte Form | Ungleichmäßige Kühlung, falsche Formtemperatur |
Die meisten dieser Probleme lassen sich auf Prozessparameter, Werkzeugausrichtung, Feuchtigkeits- oder Kühlungsbilanz zurückführen und nicht auf das Prozesskonzept selbst. Daher sollte die Validierung ein dokumentiertes Prozessfenster – einen Bereich von Temperaturen, Drücken und Zeiten, innerhalb dessen das Bauteil nachweislich einwandfrei ist – liefern, anstatt nur einen einzelnen erfolgreichen Versuch. Ein einzelner erfolgreicher Versuch beweist, dass der Prozess einmalig funktioniert; ein Prozessfenster beweist seine wiederholte Funktionsfähigkeit.
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NOBLE ist ein chinesisch-britisches Joint Venture, das von der Regierung als „Nationales Hightech-Unternehmen“ ausgezeichnet wurde und als Präzisionshersteller in China Kunden bei Blasformprojekten unterstützt. Unsere Serviceleistungen und unser Verarbeitungs-Know-how ermöglichen Ihnen einen effizienten Übergang vom Prototyp zur Serienproduktion, sodass Ihr Blasformprojekt nicht zwischen dem ersten Muster und der Serienbestellung ins Stocken gerät.
Unsere Zertifizierungen sind eindeutig: NOBLE ist nach ISO 9001:2015 und ISO 13485:2016 zertifiziert. Letztere ist insbesondere für die Entwicklung von Medizinprodukten relevant, da Prozessdokumentation und Rückverfolgbarkeit zum Leistungsumfang gehören und nicht erst im Nachhinein berücksichtigt werden.
Wir bieten Ihnen einen Komplettservice von der Konstruktion bis zur Montage – nicht nur die Produktion. Dieser umfasst den gesamten Prozess von der Prototypenentwicklung bis zur Serienfertigung: von der Konstruktionsberatung und Prüfung der Herstellbarkeit über die Prototypenerstellung mit geeigneten Materialien und Oberflächenbeschaffenheiten bis hin zu Werkzeugbau, Produktion, Qualitätskontrolle und Montage. Gerade bei Blasformprojekten ist diese Kontinuität von entscheidender Bedeutung, da das Material sehr anspruchsvoll ist: Es trocknet auf unter 0.02 % Restfeuchte, die Schmelztemperaturen liegen bei etwa 370–385 °C, die Werkzeugtemperaturen bei etwa 175–205 °C und die halbkristalline Struktur erfordert die Einhaltung dieser Bedingungen. Diese Prozessdisziplinen gehören vom ersten Versuch bis zur Serienproduktion in die Hände desselben Teams.
Wenn Sie ein Blasspritzgussprojekt evaluieren, ist der nächste Schritt die Einreichung einer Angebotsanfrage (RFQ) mit allen für ein Angebot benötigten Informationen: das kontrollierte 3D-Modell und die Zeichnungsrevision, die Materialgüte und der Füllstoffgehalt, die Zielmengen, kritische Abmessungen und Toleranzen, Anforderungen an die Oberflächenbeschaffenheit sowie die Einsatzbedingungen des Bauteils. Mit diesen Angaben können wir die Fertigungsgespräche auf Ihr Bauteil und nicht auf eine allgemeine Leistungsliste ausrichten.
Häufig gestellte Fragen zum Blasspritzgießen
Ist Blasformen dasselbe wie Spritzblasformen?
Ja. „Blasspritzgießen“ und „Spritzblasformen“ (IBM) beschreiben dasselbe Verfahren: Ein Vorformling wird auf einen Kernstab spritzgegossen, in eine Blasform überführt und auf die gewünschte Kavitätsform aufgeblasen. Es ist neben dem Extrusionsblasformen und dem Spritzstreckblasformen eines der drei Hauptblasformverfahren und kein eigenständiges viertes Verfahren.
Ist das Spritzgießen in kleinen Stückzahlen für Hohlteile realistisch?
Das kann der Fall sein, wenn das Design stabil ist und die Stückzahl den Werkzeugaufwand rechtfertigt. Beim Blasformen werden sowohl ein Spritzgusshohlraum als auch eine Blasform benötigt. Daher sind die fixen Werkzeugkosten höher als bei einer einzelnen Spritzgussform, und der Werkzeugkostenbeitrag pro Teil entspricht dieser Investition geteilt durch die Stückzahl. Bei geringen Stückzahlen ist der Beitrag hoch, bei hohen Stückzahlen hingegen gering. Die Prototypenerstellung mittels spanender Bearbeitung oder additiver Fertigung vor der Werkzeugbeschaffung ist der übliche Weg, um doppelte Werkzeugkosten zu vermeiden.
Was sollte validiert werden, bevor die Produktionswerkzeuge eingesetzt werden?
Die Validierung umfasst die Gleichmäßigkeit der Wandstärke an der dünnsten vorhergesagten Stelle, das Aufblasverhältnis, die Innenradien, das Entformungsschrägmaß für die gewünschte Oberflächenstruktur, die Schnittstelle zwischen Hals und Verschluss, den Anguss und die Entlüftung im Bereich der Einspritzphase sowie den Prüfplan, der Maßgenauigkeit, Oberflächengüte, mechanische Festigkeit, Dichtheit und Gewichtskonstanz abdeckt. Die Validierung sollte mit einem dokumentierten Prozessfenster und nicht mit einem einzelnen erfolgreichen Versuch abgeschlossen sein.
Wie entscheide ich mich zwischen Blasformen und anderen Verfahren?
Wägen Sie die sechs Kriterien – Hohlformbarkeit, Maßgenauigkeit, Werkzeugkosten, Zyklusrate, Materialauswahl und Oberflächengüte – gegen Ihre Prioritäten ab und verknüpfen Sie Präzisionsangaben mit einem spezifischen Merkmal und Material. Kleine Teile mit funktionalen Halsoberflächen eignen sich für das Spritzblasformen; große industrielle und automobile Hohlteile für das Extrusionsblasformen; druckfeste PET-Flaschen erfordern das Streckblasformen; Voll- und Hohlteile werden konventionell spritzgegossen; Prototypen und Kleinserien lassen sich in der Regel am besten mit CNC-Bearbeitung oder additiver Fertigung herstellen. Die Antwort hängt von Geometrie, Material, Menge und Toleranz ab und nicht von einer allgemeinen Hierarchie.
