Vakuumguss für Prototypen und Kleinserien: Fakten, Kosten, Vorteile

Was ist Vakuumgießen? Wann eignet sich Vakuumguss für die Herstellung von Prototypen und Kleinserien?  Welche Kosten fallen an? ► Hier geht’s zu den Infos!
Autor:
Martin Hintsteiner
Veröffentlicht:
February 29, 2024

Inhaltsverzeichnis:

  1. Wie funktioniert Vakuumguss?
  2. Warum Prototypen aus Vakuumguss sinnvoll sind
  3. Unterschied: Vakuumguss und 3D-Druck
  4. Kosten des Vakuumgießens

Vakuumguss ist ein bewährtes Herstellungsverfahren für Prototypen sowie für die Herstellung von Kleinserien. Durch die Erstellung hochqualitativer Formen und der Möglichkeit Gießharze zu verwenden die dem Material des Serienbauteils sehr ähnlich sind, eignet sich diese Verfahren bestens für die erste Testphase von Baugruppen.


Wie funktioniert Vakuumguss?

Im ersten Schritt muss ein hochwertiges Urmodell mit den passenden Maßen und der gewünschten Oberfläche erstellt werden, denn nur dann kann gewährleistet werden, dass am Ende ein perfekter Bauteil gefertigt wird. Die Urform kann mittels unterschiedlicher Technologien erstellt werden, so eigenen sich die CNC-Fertigung und der 3D-Druck für diesen Vorgang.

Abbildung 1: Herstellung eines Modelles für die Erstellung einer Silikonform (Urmodell)

Die Wahl des Materials für das Urmodell ist nicht irrelevant. Die Oberfläche des Modells wird in der Silikonform eingeschlossen und diesbezüglich zeichnet sich jedes Detail (natürlich auch Kratzer) in der Form ab. Nachdem dieser Prozess abgeschlossen ist, wird die Silikonform aufgeschnitten und das Urmodell entfernt so dass nur der Abdruck des Musters in der Form verbleibt. Das Schneiden der Silikonform wird meistens Wellenförmig ausgeführt damit sich danach die beiden Hälften (oder auch mehrteilig) wieder zusammen zentrieren. Dieser Vorgang benötigt Fingerspitzengefühl und viel Erfahrung.  

Abbildung 2: Wellenförmig geschnittene Silikonform (Silikonwerkzeug)

Nun wird die Silikonform wieder zusammengesetzt, mit Heftklammern werden die beiden Hälften fixiert und in einer speziellen Vakuumkammer evakuiert.  Anschließend wird unter Vakuum ein dafür vorgesehenes Polyurethanharz vermischt und in die Silikonform gegossen. Dieser komplette Vorgang findet unter Vakuum statt. Ist der Hohlraum der Silikonform komplett befüllt wird wieder Luft in die Kammer eingebracht. Die Silikonform wird danach für ca. 20 Minuten in einen Wärmeschrank gelagert. Die Entformzeit des Kunststoffteiles variiert je nach verwendetem Material.

Abbildung 3: Entformung des Kunststoffteiles aus der Silikonform

Der Vorteil von den verwendeten Materialien im Vakuumguss ist, dass sie den unterschiedlichsten Bauteilanforderungen gerecht werden und so dem endgültigen Serienprodukt am ähnlichsten sind. Durchschnittlich hat eine Silikonform (Silikonwerkzeug) eine Lebensdauer von ca. 20 Abgüssen. Die maximale Menge variiert je nach Teilekonstruktion und -komplexität. Auch die Lagerung von Silikonformen ist mit maximal 16 Wochen beschränkt. Das Material der Form wird auf längere Zeit gesehen spröde und brüchig.

Warum Prototypen aus Vakuumguss sinnvoll sind

Aufgrund der niedrigen Werkzeugkosten, bietet Vakuumguss eine kostengünstige Möglichkeit Prototypen und Kleinserien herzustellen, die durch hohe Präzision und fehlerfreie Funktionen beeindrucken.

Abbildung 5: Hochtransprenter Vakuumgussteil

Besonders überzeugen können die Prototypen und Kleinserien aus Vakuumguss auch durch ihre Schnelligkeit in der Sie gefertigt werden können, denn im Vergleich zur Herstellung von Stahl- oder Aluminium Werkzeugen, ist die Produktion einer Silikonform in wenigen Tagen erfolgreich abgeschlossen. Bereits binnen 1-3 Wochen können ausgezeichnete Bauteile mit Stückzahlen von 20-50 gefertigt werden. Durch die schnelle Produktionsmöglichkeit ist Vakuumguss auch das richtige Verfahren, wenn Prototypen oder Kleinserien zu einem kurzfristigen Termin in möglichst hoher Qualität zur Verfügung stehen müssen.

So werden die Prototypen aus diesem Verfahren beispielsweise auch bei Produkteinführungen oder für Zertifizierungen von Vorserien verwendet. Gerade für das Einführen neuer Produkte am Markt wird das Vakuumgießverfahren herangezogen, da die Kleinserien im Vergleich zu anderen Herstellungsmöglichkeiten besonders günstig und dem finalen Serienprodukt im Spritzguss vergleichbar sind.

Unterschied: Vakuumguss und 3D-Druck

Der 3D-Druck ist der erste Schritt in Richtung eines Prototyps, allerdings werden 3D-gedruckte Teile additiv aufgebaut – das bedeutet, Schicht für Schicht von Grund auf. Während die Technologie des 3D-Drucks einen großen Durchbruch für die Herstellung von Prototypen und Kleinserien erzielt hat, sind die Materialien, die verwendet werden können, immer noch begrenzt.

Der Vorteil bei Vakuumgussbauteilen ist daher, dass Materialien verwenden werden können welche Eigenschaften aufweisen, die nahezu mit denen der Serienproduktion identisch sind. Das Verfahren eignet sich ideal, wenn Sie Prototypen entwickeln, jedoch etwas benötigen, dass dem späteren Spritzgussteil ähnlicher ist, als ein 3D gedruckter Bauteil. Vakuumguss bietet ein sehr hohes Maß an Reproduzierbarkeit und Veredelungsmöglichkeiten. Mit diesem Verfahren können Farbpigmente zusammen mit den Harzkomponenten in die Vakuumkammer gegeben werden, sodass das endgültige Teil genau den Vorstellung entspricht. Bestimmte Pulver können auch mit dem Harz gemischt werden, um eine Reihe von verschiedenen Oberflächen zu kreieren.

Abbildung 6: Mehrere Abgüsse aus Silikonformen (Silikonwerkzeug)

Für funktionelle Zwecke können Harze ausgewählt werden, um den Prototyp mit bestimmten Eigenschaften zu versehen, beispielsweise Flammschutz, Stoßfestigkeit und elektrischer Widerstand. Die Herstellungszeit beim Vakuumguss ist sehr schnell. Daher ist das Gießen besonders dann sinnvoll, wenn erforderlich ist, dass ein Bauteil dringend weiterentwickelt werden muss, um einen Engpass zu vermeiden.

Das Vakuumgießen ist auch ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung von Teilen mit ungewöhnlichen Geometrien sowie sehr dünnen als auch sehr dicken Wandstärken - andere Fertigungsverfahren haben möglicherweise Schwierigkeiten, diese Probleme zu lösen.

Kosten des Vakuumgießens:

Ein wesentlicher Faktor sind die Kosten. Da keine komplizierten Konstruktionen und Werkzeugteilungen von Nöten sind, ist eine Silikonform relativ rasch hergestellt. Die abgeformten Bauteile kommen in derselben Oberflächenqualität aus der Form wie das eingebettete Modell (Urmodell). Beim 3D-Druck ist bei jedem Kunststoffteil durch händische Nacharbeit Oberfläche (Oberflächenbearbeitung) aufzubereiten.

Somit ist das Vakuumgussverfahren die perfekte Fertigungstechnologie, um viele identische Artikel zu möglichst geringen Kosten herzustellen. Zu beachten ist jedoch, dass dieses Verfahren vor allem bei kleineren Stückzahlen den großen Vorteil bietet. Ab wann ein anderer Fertigungsprozess mehr Vorteile hat, muss individuell je nach geforderten Stückzahlen, Bauteilanforderungen, Zeitfaktor und Fertigungskosten bewertet werden.