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Vakuumguss-6

VAKUUMGUSS

Geringe Stückzahlen in serienreifer Qualität

In den meisten Fällen werden Kunststoffbauteile mit dem Spritzgussverfahren hergestellt. Durch den verhältnismäßig großen Aufwand und die damit einhergehenden hohen Kosten lohnt sich das Verfahren jedoch erst ab einer gewissen Stückzahl. Eine geeignete Alternative zum Spritzguss ist das Vakuumgussverfahren. Soll ein neu entwickeltes Produkt auf seine Funktion getestet werden, eine Kleinserie produziert oder Bauteile in kleiner Stückzahl hergestellt werden, ist der Vakuumguss in vielen Fällen die bessere Wahl. Die wichtigste Voraussetzung für die Herstellung ist ein Urmodell beziehungsweise ein Prototyp, der durch das Vakuumgießen vervielfältigt werden kann.

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Unsere Vakuumguss-Leistungen auf einen Blick:

 

info

Eigenschaften
z.B.: Transparent, lebensmittelecht, elastisch, temperaturbeständig

material

Materialien
Polyurethan-Werkstoffe (PUR), die den späteren Serienteilanforderungen entsprechen

leistung

Leistungen
Bauteilengineering
Urmodellfertigung
Silikonformenfertigung
Teilefertigung

zeit

Durchlaufzeit
1-3 Wochen (je nach gewünschten Stückzahlen)

 

 

Was ist Vakuumguss?

Mit dem Vakuumgießen können schnell und unkompliziert hochwertige und günstige Gussteile gefertigt werden. In den meisten Fällen wird der Vakuumguss zur Herstellung kleiner Serien eingesetzt (10-100 Stück) Voraussetzung ist das Vorhandensein eines Urmodells beziehungsweise eines Prototyps. Dieses kann zuvor auf verschiedene Arten wie z.B. über das 3D-Druckverfahren oder CNC gefräst hergestellt werden.

Wie der Name bereits vermuten lässt, spielt das Vakuum bei der Vakuumgießtechnik eine entscheidende Rolle, da das Gießen unter Vakuum stattfindet. Dies sorgt einerseits für eine blasenfreie Verarbeitung des Materials und zum anderen dafür, dass durch Lufteinschlüsse entstehende Fließwiderstände innerhalb des Werkzeuges vermieden werden.

Der Vakuum-Guss ist somit optimal für die blasenfreie Herstellung von Bauteilen geeignet. Die Produktion beziehungsweise Vervielfältigung des Urmodells erfolgt über eine Silikonwerkzeug (Silikonkautschuk-Form) und wird innerhalb einer Vakuumkammer hergestellt. Vorwiegend wird der Vakuumguss zur Herstellung von Kunststoffteilen eingesetzt. Dank des Vakuumverfahrens können Kunststoffteile in geringer Stückzahl produziert werden, welche dennoch eine serienreife Qualität erreichen. Das Vakuumgießen hat sich somit als beliebtes Produktionsverfahren für Prototypen und Kleinserien etabliert.

Die vielfältigen Vorteile des Vakuumgießens

In der Industrie geht der Einsatz von Vakuumgussteilen mit zahlreichen Vorteilen einher. Produzierende Unternehmen haben dabei die Wahl zwischen den unterschiedlichsten Materialien, die von elastisch bis steif sowie von transparent bis eingefärbt reichen. Da das Verfahren grundsätzlich unter Vakuum erfolgt, sind Lufteinschlüsse ausgeschlossen, wodurch das entstehende Kunststoffteil garantiert frei von Blasen ist. Mit dem Vakuumverfahren können zudem Form- und Bauteile in den verschiedensten Größen produziert werden. Kleine Teile, die sich durch eine hohe Präzision auszeichnen, sind dabei genauso möglich wie sehr große Bauteile.

Im Vergleich zum herkömmlichen Spritzgussverfahren ermöglicht das Vakuumverfahren eine schnelle, effiziente und kostengünstige Fertigung gewünschter Bau- und Formteile. Mit sogenannten 2K-Bauteilen können bei der Produktion zudem zwei verschiedene Materialien wie zum Beispiel weiche und harte Materialien miteinander kombiniert werden. Auch die Integration von Einlegeteilen (Gewinde Inserts, Magnete, usw.) ins Bauteil ist mit dem Vakuumgussverfahren möglich.

Im Folgenden erhalten Sie eine kurze Übersicht über die wichtigsten Vorteile des Vakuumgießens:

  • Kleinserien von 5 bis 200 Stück möglich
  • Serienähnliches Material durch hohe Materialvielfalt möglich (Gummi, PE, PP, HDPE, POM, PA, PA-GF, PC, PMMA, ABS)
  • Kostengünstige Herstellung von Bauteilen und Formen
  • Kurzfristige Herstellung möglich (ca. 8 bis 15 Tage)
  • Hohe Produktionsgenauigkeit
  • Komplexe Geometrie möglich
  • Integrierte Funktionen durchführbar
  • Vakuumgussteile sowohl hochtransparent, transluzent als auch durchgefärbt nach RAL möglich
  • Teile können poliert, verchromt, lackiert, lasergraviert oder bedruckt werden
  • Glatte Oberflächen mit Erodierstruktur realisierbar
  • 2K-Teile und Einlegeteile können produziert werden
  • je nach Material UV-beständig
  • Form- und Bauteile sind flammenhemmend und temperaturbeständig bis zu 190°C
Vakuumgießen Kunststoff

Vakuumgießen: Wie funktioniert das Vakuumverfahren?

Vakuumgussverfahren wird zunächst eine Urform beziehungsweise ein Prototyp benötigt, der als Vorlage für die Herstellung der zu produzierenden Teile genutzt werden soll. Ist noch keine Urform vorhanden, kann diese über verschiedene Verfahren wie beispielsweise über 3D-Druckverfahren oder CNC-Fertigung hergestellt werden. Als Material für die Urform eignen sich sämtliche stabilen Stoffe, die während der Aushärtung einer Temperatur von 40° C standhalten. In den meisten Fällen werden diese Prototypen aus Kunststoff hergestellt.

Nachdem der Prototyp produziert wurde, wird dieser in einen Gusskasten gehängt, welcher zur Gänze mit flüssigem Silikonkautschuk gefüllt ist. Das Silikon wird anschließend auf 40°C erhitzt. Dadurch härtet der Abdruck des Prototyps aus. Bis zur vollständigen Aushärtung bleibt das Muster weiterhin im Gusskasten.

Rund um den Prototyp werden feine Löcher platziert, welche beim späteren Herstellungsprozess der Formteile zum Aussaugen der Luft genutzt werden. Sobald das Silikon ausgehärtet ist, wird mittels Skalpell Messer in feinen „auf und ab“ Bewegungen eine Wellenförmige Trennfuge geschnitten die bis zum Bauteil vordringt. Anschließend wird das Urmodell aus der Silikonform entfernt und das Silikonwerkzeug ist einsatzbereit.

Im nächsten Schritt geht es an die eigentliche Herstellung des Vakuumguss Teiles. Wurde das Urmodell aus der Form entfernt, bildet der Hohlraum die negative Form des Originals ab. Die Oberflächenbeschaffenheit bzw. Jeder kleinste Kratzer der sich auf dem abgegossenen Modelles befindet wird sich im Abguss wiederspiegeln! Für die Teileherstellung wird der Hohlraum mit einem bestimmten Polymer gefüllt, welches den exakten Anforderungen des Kunden entspricht. So sind transparente und blickdichte Teile ebenso möglich wie weiche und harte sowie viele weitere Variationen. Ist der Hohlraum der Form mit Material gefüllt, wird die Form in eine Vakuumkammer gegeben, in der das Vakuum erzeugt wird.

In der Vakuumkammer wird das Silikonwerkzeug und die 2 Komponenten des gewünschten Materiales. Anschließend wir die Kammer unter Vakuum gesetzt (evakuiert) und die beiden Komponenten miteinander verrührt. Danach wird der flüssige Kunststoff durch den Unterdruck in die Form gepresst, was die exakte Abbildung der Originalform ermöglicht. Im Anschluss wird die Form inklusive der befühlten Kavität (vorgesehene Hohlraum) in einen Aushärtungsofen gegeben, in dem das produzierte Teil ausgehärtet wird.

Die Abmessungen des Formteils hängen von der Präzision des Urtyps, des Kunststoffes wie auch der Teilegeometrie ab. Eine Schrumpfungsrate von 0,15% gilt hierbei als normal. Durch variieren der Formtemperatur kann die Silikonform je nach Schwindung des Kunststoffteiles größer oder kleiner gemacht werden (Silikon wächst oder schrumpft unter Temperatur)

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Vakuumguss Material Shore D und Shore A – durchgefärbt

Bei der Wahl des Materials spielen insbesondere die Oberflächenstruktur und die Härte des späteren Form- oder Bauteils eine entscheidende Rolle. Je nach Anwendung können unter anderem transparente, durchscheinende (Transluzent) oder auch blickdichte Teile gefertigt werden.

Dabei gibt es grundsätzlich zwei verschiedene Materialien, die mit ihren jeweils eigenen Vorteilen überzeugen. Das Material Shore A, ein bernsteinfarbener Gummi, der meistens schwarz eingefärbt wird, verfügt als gegossenes Bauteil über bis zu 400% Reißdehnung. Zu den typischen Anwendungsgebieten gehören Modelle und Prototypen, Schläuche, Rohre oder Dichtungen.

Der zweite Werkstoff Shore D ist ein transparenter Werkstoff, der gezielt und beliebig eingefärbt werden kann. Auch transparente Bauteile lassen sich hiermit produzieren. Der Nachteil von Shore D besteht in der schlechteren Dehnungseigenschaft.

Mit einer Härte von 35 bis 100 Shore A ist in 5 Shore-Schritten die Herstellung sämtlicher Weichteilarten möglich. Von Fahrzeugdichtungen über Faltbälge bis hin zu Gehäusedichtungen können hiermit sämtliche Bauteilvarianten hergestellt werden. Auch biegsame Teile wie Dichtungen oder Schläuche sind mit dem Werkstoff Shore A optimal und in den verschiedensten Farben produzierbar.

Kunststoff Vakuumguss

Grundsätzlich können für die Herstellung von Vakuumgussteilen viele verschiedene Materialien eingesetzt werden. Je nach Werkstoff ist die Produktion von bruchfesten bis hin zu flexiblen und gummiartigen Teilen möglich. Auch lebensmittelechte und chemiebeständige Formteile können produziert werden. Die Temperaturbeständigkeit reicht dabei von -50°C bis 200°C.

Das am häufigsten beim Vakuumgießen zum Einsatz kommende Material ist Kunststoff. Grund hierfür sind die positiven Eigenschaften des Kunstharzes. Grundsätzlich stehen für das Verfahren verschiedene Gießharze zur Verfügung. Dadurch ist sowohl die Produktion von harten, weichen, transparenten, klaren, gefärbten, gummiartigen und glasfaserverstärkten Teilen möglich. Die Materialien sind unter anderem hitzebeständig, lebensmittelecht und chemisch beständig. Komplexe und filigrane Modelle können mit dem Vakuumgießen besonders gut produziert werden.

Auch Geometrien die mittels herkömmlichen Herstellungsarten wie Spritzguss oder RIM durch auftretende Hinterschnitte normal nicht entformbar sind können durch die flexible, gummiartige Silikonform entformt werden.

Nachdem das Bauteil hergestellt wurde, kann die Oberfläche auf vielfältige verschiedene Arten nachbearbeitet werden. Vom Lackieren über das Polieren und Bohren - Fräsen bis hin zum Siebdruck gibt es zahlreiche Möglichkeiten, mit denen das Vakuumgussteil optimiert werden kann, um letztlich den Ansprüchen des Kunden zu genügen.

Produkte und Einsatzmöglichkeiten von Vakuumguss

Die Einsatzgebiete für das Vakuumverfahren sind breit gefächert und kommen in nahezu jeder Branche zur Anwendung: Von Kleinserien oder Vorserien technischer Bauteile über Muster für Messen zur Kundenpräsentation bis hin zur Nachproduktion von Bauteilen für Oldtimer oder anderer nicht mehr produzierter Geräte. Durch die große Materialvielfalt und die vielzähligen Möglichkeiten zur Oberflächenveredelung ist beim Vakuumgießen eine genaue und zielsichere Produktion möglich. Werden Kunststoff- oder Gummiteile benötigt, die sich durch eine hohe Qualität auszeichnen sollen, kommt das Vakuumgießverfahren zum Einsatz. Zusammenfasend wird das Vakuumverfahren für folgende Bereiche verwendet:

  • Prototypen
  • Vorserien als Markttest
  • Kleinserien für die erste Vermarktung
  • Schwer wiederbeschaffbare Ersatzteile
  • Designmodelle und Messemodelle
  • Funktionsmodelle
  • Präzise Prototypen
  • Bauteile für die Luftfahrt (Luftfahrt Materialien)
  • Mehrfarbige Bauteile

Pilot-, Vor- und Kleinserien

Das Vakuumgießverfahren ist besonders gut für die Produktion von Test-, Vor- und Kleinserien geeignet. Diese werden beispielsweise für Marketingzwecke oder Messen produziert. Aber auch im technischen Bereich kommen Prototypen häufig für Montage-, Konstruktions- oder Funktionstests zum Einsatz.

Serienfertigungen

Insbesondere in den Branchen Lebensmittelindustrie, Flugzeugbau, Automobilbau und Medizintechnik werden Produkte mit dem Vakuumverfahren in Serie gefertigt. Zu den typischen, mit dem Vakuumguss hergestellten Produkten gehören:

  • Dichtungen
  • Schläuche
  • Displays
  • Gehäuse
  • Verkleidungen
  • Abdeckungen
  • uvm.

Rapid Prototyping mit Vakuumguss

Übersetzt bedeutet Rapid Prototyping so viel wie „schneller Prototypenbau“. Rapid Prototyping-Kunststoffteile, die mit dem Vakuumgussverfahren gefertigt werden, zeichnen sich durch eine sehr hohe Qualität aus und sind innerhalb sehr kurzer Produktionszeiten herstellbar. Auch bei der Erstellung eines Kunststoff-Prototyps wird der Form mithilfe eines Vakuums Luft entzogen, wodurch im Inneren der Form das zuvor am Computer erstellte Modell entsteht.

Solche Prototypen kommen als Probe- oder Prüfobjekt vor der Serienproduktion oder als Modell für Anschauungszwecke und vielfältige weitere Anwendungsgebiete zum Einsatz.

Beim Rapid Prototyping ermöglicht das Vakuumgussverfahren eine kostengünstige und schnelle Fertigung von Kunststoffbauteilen. Um mit dem Vakuumverfahren einen Prototypen herstellen zu können, ist zunächst die Produktion eines Urmodells nötig. Die Grundlage für das Urmodell bilden 3D-CAD-Daten oder gedruckte Modelle aus dem 3D-Printing oder der Stereolithografie. Zunächst werden die Prototypen am Computer konstruiert. Nach dem Vorbild des Urmodells folgt die Herstellung der Silikonform, welche das Modell 1:1 mit einer Genauigkeit von 1/10 mm abbildet.

Jetzt geht es an die eigentliche Produktion des Prototyps. Das entsprechende Material wird gemischt und unter Vakuum in die neue Silikonform gegossen. Das Vakuumteil härtet anschließend für 30 bis 40 Minuten im Ofen aus und wird schließlich der Form entnommen. Über dieses Verfahren kann das Urmodell optimal vervielfältigt werden.

Mit einem Prototyp ist die Durchführung funktionaler Tests möglich. Auch visuelle Designs können mit einem Prototyp bestens begutachtet und analysiert werden. In der Werkstatt ist zudem eine Bearbeitungen der Oberfläche möglich. Bevor das Produkt in Serie geht, kann es real getestet, verändert und optimiert werden. Damit werden jede Menge Zeit und Kosten gespart. Nicht zuletzt unterstützt die Produktion von Prototypen das ressourcenschonende und umweltfreundliche Handeln, da Produkte erst dann in Serie produziert werden, wenn sie ausgiebig geprüft und optimiert wurden. Die Produktion großer Mengen unbrauchbarer Form- und Bauteile ist somit kein Thema mehr.

Kleinserien mit Vakuumguss

Ist der Prototyp hergestellt, kann mit dem Vakuumgussverfahren eine kostengünstige Vor- oder Kleinserie gefertigt werden. Dabei wird der Prototyp originalgetreu reproduziert. Produktionsunternehmen können Gussteile in Kleinserie von etwa 100 Teilen fertigen lassen und entsprechende visuelle oder mechanische Tests durchführen. Feine Details können dabei ausgearbeitet und die Formteile optimiert werden. Mit Beschichtungen, Lackierungen und vielem mehr kann das Teil nicht nur am Computer, sondern in seiner realen Gestalt betrachtet, ausprobiert und auch auf Messen oder bei Marktumfragen vorgestellt werden. Dadurch erhält das Unternehmen wertvolle Anregungen und Verbesserungsvorschläge. Zudem werden Vorserien zur Zertifizierung von Produkten benötigt. Durch den hohen Skaleneffekt von Prototypen ist das Vakuumgießen ab einer Stückzahl von über fünf die erste Wahl unter den verschiedenen Produktionsverfahren. Ab einer Zahl von fünf Formteilen nehmen die relativen Kosten für das Werkzeug stetig ab.

Fazit zum Vakuumguss

Soll ein neues Produkt auf seine Optik oder Funktion hin getestet werden, ist der Vakuumguss die erste Wahl unter den verschiedenen Verfahren. Während das Spritzgussverfahren bei kleiner Stückzahl mit verhältnismäßig hohen Produktionskosten einhergeht, können Prototypen und Kleinserien mit dem Vakuumgussverfahren günstig und dennoch in hoher Qualität produziert werden. Neben den geringen Produktionskosten gehören die Möglichkeit einer kurzfristigen Herstellung, die hohe Produktionsgenauigkeit sowie die Option zur Produktion von Bauteilen mit hoher Komplexität oder integrierten Funktionen zu den bedeutendsten Vorteilen des Verfahrens. Von transparent bis hin zur Einfärbung in den unterschiedlichsten Farben ist mit dem Vakuumverfahren fast alles möglich. Weiter die ist Produktion von 2K- und Einlegeteilen realisierbar, wobei die Gussteile UV-beständig, flammhemmend und bis zu 190°C temperaturbeständig sind. In vielen Bereichen, insbesondere wenn nur geringe Stückzahlen benötigt werden, stellt das Vakuumgussverfahren somit eine hervorragende Alternative zum herkömmlichen Spritzgussverfahren dar.

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