2K/3K Spuitgieten

Uit Technotheek
Ga naar: navigatie, zoeken
2K/3K Spuitgieten
Grolsch beugel.jpg
Eigenschappen
Categorie: Technieken
Originele auteur: Ruben Borgonjen en Tom Vrugteveen
Jaar: 2011

Inhoud

Beschrijving

Sinds de jaren ’60 wordt 2K/3K spuitgieten, ookwel meercomponenten spuitgieten, toegepast. Bij 2K spuitgieten worden twee materialen met verschillende eigenschappen, kleuren of niveau’s van hardheid in een spuitgietproces, zonder gebruik te maken van assembleren, verwerkt tot één eindproduct. Bij 3K spuitgieten wordt dit met drie verschillende materialen gedaan. De keuze voor een meercomponenten spuitgietproces wordt meestal gebaseerd op een kostenvoordeel, ontwerp eigenschappen of ethetische voorkeur. De technieken die bij 2K spuitgieten worden toegepast, worden ook gebruikt bij het 3K spuitgietproces. Daarom zullen 2K en 3K spuitgieten ook als meercomponenten spuitgieten worden besproken.

Toepassingen

Meercomponenten spuitgieten komt bij zeer veel producten voor. Veel daarvan zijn hedendaagse gebruikte producten.

Enkele producttoepassingen zijn:

  • Handvatten;
  • Tandenborstels;
  • Speelgoed;
  • Ventilatie systemen;
  • Productverpakkingen;
  • Oliefilters, voor o.a. de autoindustrie.
Ook de Grolsch beugel bestaat uit twee componenten

Voordelen

Voordelen van meercomponenten spuitgieten ten opzichte van enkelvoudig spuitgieten zijn:

  • Vanaf circa 40.000 á 50.000 producten kan meercomponenten spuitgieten een goedkopere oplossing bieden dan twee delen die enkelvoudig spuitgegoten worden, gevolgd door assembleren. Dit is wel afhankelijk van producteigenschappen, zoals de productgrootte en materiaalkeuze;
  • Een betere verbinding door de chemische of mechanische binding tussen de verschillende materialen, bij een goede keuze van materialen, dan het los assembleren van de onderdelen;
  • Geeft een grotere ontwerpvrijheid met verschillende materialen in één product;
  • Uit esthetisch oogpunt kan het aantrekkelijker zijn, omdat de sluitnaden kleiner zijn.

Nadelen

Nadelen van meercomponenten spuitgieten ten opzichte van enkelvoudig spuitgieten zijn:

  • Speciale machines, waardoor extra ruimte wordt gebruikt;
  • Complexere processen;
  • Scheidingsprobleem van verschillende typen materialen bij recycling, waardoor meer afval ontstaat;
  • Eenmalige investeringskosten zijn bij een meercomponenten spuitgietproces hoger dan bij een enkelvoudig spuitgietproces. Dit zal echter terugverdiend worden vanaf een productie van circa 40.000 á 50.000 producten.

Milieuaspecten

De milieuaspecten van meercomponentenspuitgieten zijn in twee groepen onder te verdelen: de gereedschappen en de materialen. De verschillen in mileuaspecten voor gereedschappen van meercomponenten spuitgieten ten opzichte van enkelvoudig spuitgieten maken weinig verschil, ook de levenscyclus is ongeveer hetzelfde. Enkel draaionderdelen van o.a. de matrijzen die slijtage ondergaan moeten soms worden vervangen. Daarnaast wordt bij de meeste meercomponenten spuitgiet matrijzen een andere staallegering gebruikt, die kleine milieuverschillen tot gevolg hebben. Een groter verschil kan echter worden gemaakt in de keuze van materialen voor de vervaardigde producten. Vooral met de Skin/Core molding kan door het aanbrengen van een minder milieubelastend materiaal in de kern van het product een groot positief milieuverschil worden verkregen, in vergelijking met het enkelvoudig spuitgegoten product. Daarentegen kan dit ook negatief uitpakken, omdat fabricagefouten niet opnieuw kunnen worden herbruikt doordat scheiding van de twee verschillende materialen erg complex kan zijn.

Proces

Bij meercomponentenspuitgieten is een groot scala aan spuitgietprocessen mogelijk. Hieronder staat een overzichtschema van alle processen. Bij het lezen van de toelichting van de processen is het verstandig deze te bekijken. Al deze processen zijn in twee hoofdgroepen onder te verdelen: In-mould assembly en In-mould coating.

Overzichtschema van alle processen.jpg

1. In-mould assembly is het samenvoegen van meerdere verschillende of dezelfde materialen in één cyclus, die met een mechanische binding of een chemische binding met elkaar zijn verbonden. Het verschil hiertussen zal onder het kopje materialen worden toegelicht. Bij In-mould assembly kan onderscheid worden gemaakt in verschillende processen.

1.1
Co-injection molding
Het eerste proces is Skin/Core molding. Een deelproces hiervan is Co-injection molding (1.1.1), waarbij de verschillende kunststoffen kort na elkaar door één spuitmond in de matrijs gespoten, in de volgorde A-B-A van materialen. Het materiaal dat als tweede wordt ingespoten vormt de kern van het spuitgietproduct. Het voordeel hiervan is dat alleen het buitenste materiaal van hoogwaardige kwaliteit hoeft te zijn. In de kern kan een kwalitatief minderwaardig of milieuvriendelijker materiaal worden gebruikt. In de afbeelding is het proces weergegeven.

Een variant van Co-injection molding is Sandwich molding (1.1.2). Het verschil, ten opzichte van Co-injection molding, is dat de binnenste en buitenste materialen via afzonderlijke aanspuitopeningen in de matrijs worden gespoten.

1.2 Een tweede proces is Interval molding. Hierbij worden meerdere materialen om-en-om in de matrijs gespoten. Daardoor ontstaat in het product laagvorming van de verschillende materialen. Gewenste structuren of producteigenschappen kunnen hiermee worden verkregen.

1.3 Een derde proces is Reaction injection molding (RIM). Bij dit proces worden meerdere kunststoffen voor het inspuiten met elkaar gemixt. Eigenschappen van meerdere materialen kunnen zo worden gecombineerd. Dit proces van spuitgieten kent vele varianten, waaronder: Reinforced Reaction Injection Molding (RRIM), waar een verstevigend materiaal aan het ingespoten polymeer wordt toegevoegd of Structural Reaction Injection Molding (SRIM), waar een materiaal (meestal glasmat) wordt toegevoegd om een structuur aan het eindproduct te geven.

1.4 Een vierde proces is Bi-injection molding, ookwel Surmoulage genoemd. Hierbij wordt door meerdere afzonderlijke spuitmonden tegelijk een kunststof in de matrijs gespoten. Hierdoor kan het product bijvoorbeeld uit verschillende kleuren of uit een harde en een zachte zijde bestaan. Het voordeel van dit proces is dat een zeer precieze scheidingslijn ontstaat tussen de verschillende materialen.

Rotary Platen

1.5 Ten slotte is Insert/Over molding ook een proces. Bij Insert molding wordt, meestal metaal, in een matrijs gebracht en vervolgens omspoten met kunstsstof. Bij Over molding wordt, meestal een eerder gespoten kunststof deel, in de matrijs gebracht en omspoten door een nieuwe laag kunststof.

Wanneer er wordt gewerkt met meerdere afzonderlijke aanspuitopeningen, zijn er enkele manieren om dit uit te voeren. De processen met meerdere aanspuitopeningen, die dus betrekking op deze manieren van uitvoeren zijn: Sandwich molding en Bi-injection molding.

Index Platen

A. De eerste manier om dit te doen is Rotary Platen. Hierbij wordt het eerste materiaal ingespoten, de matrijs gedraait en het tweede materiaal via de andere aanspuitopening ingespoten. De afbeelding geeft een overzicht van het procestype. Het voordeel hiervan is dat meerdere producten in één cyclus gespoten kunnen worden. Afhankelijk van het typen materialen is de rotatie van matrijzen meestal 90°, 120° of 180°.
B. Een tweede manier is Index Platen. Dit is te vergelijken met de Rotary Platen, met de toevoeging dat een index plaat die de gietdelen van het halfdeel van de matrijs kan halen. Om dit te kunnen vergelijken met Rotary Platen, is hiernaast een afbeelding weergegeven.

C.
Core Toggle Platen
De derde manier is Core Toggle Platen. Hierbij verschuift na het inspuitgieten van het eerste materiaal een stempel in de matrijs, zodat er nieuwe ruimte wordt vrijgemaakt. Vervolgens wordt het tweede materiaal in de matrijs gebracht. De afbeelding hier schuin onder geeft een overzicht van het proces.

D. Ten slot kan men ook een Transfer molding toepassen. Hierbij wordt één matrijs gebruikt met twee aparte vulruimtes. Wanneer het eerste deel is gespoten, wordt deze uit de matrijs gehaald en in de andere ruimte van dezelfde matrijs geplaatst.

2. In-mould coating is het aanbrengen van een tweede materiaal op een product. Dit kan bijvoorbeeld dienen als beschermlaag of handgreep. Een groot voordeel van dit proces is dat hiermee de dikte van de laag van 100 µm tot 1000 µm behaald kan worden. In dit geval spreek men van DirectCoating (2.2). Daarnaast is het ook mogelijk om een laag met een dikte van 5mm aan te brengen voor het creeëren van bijvoorbeeld een foam coating. In dit geval spreekt men van DirectSkinning (2.1). Een manier om DirectCoating of DirectSkinning aan te brengen is door gebruik te maken van de Reaction injection molding (2.1.1 & 2.2.1) technologie. Deze staat besproken bij de hierboven genoemd In-mould assembly.

Gereedschap

Cold Runner
Hot Runner

Bij het meercomponenten spuitgieten zijn er enkele gereedschappen waar rekening mee gehouden moet worden. Als eerste is een verschil aan te brengen in het type Runner. Dit is de aanspuitopening van de spuitgiet machine, door welke het materiaal in de matrijs gaat. Hierin is een onderscheid te maken in twee soorten. Het eerste type aanspuitopening betreft een Cold Runner. Hierbij wordt het materiaal door een koude aanspuitopening gespoten, en zal er altijd een klein stukje extra materiaal aan het product komen wanneer deze uit de matrijs komt. Voordelen van deze aanspuitopening zij wel dat deze lage kosten heeft, eenvoudig te onderhouden is en zeer betrouwbaar is. De afbeelding hiernaast geeft een Cold Runner weer. Het tweede type aanspuitopening betreft een Hot Runner. Hierbij zijn de aanspuitopeningen warm. Daardoor is er, wat bij een Cold Runner wel aanwezig is, geen extra stukje materiaal aan het product wanneer deze uit de matrijs komt. Hierdoor is er minder plastic per injectie nodig. Ook hoeft het product minder te worden nabewerkt als een product dat door een Cold Runner systeem is geproduceerd. De afbeelding hiernaast geeft dit type weer. Het aanspuitsysteem is algemeen geldend, maar voor meercomponentenspuitgieten wordt meestal het Hot Runner systeem toegepast.

Materialen

Er zijn twee manieren van binding om twee of meer materialen aan elkaar te krijgen tijdens het meercomponentenspuitgieten. De eerste is door een chemische binding. Hierbij ontstaat tussen de scheiding van de twee materialen een binding door een chemische reactie tussen de twee materialen. Een tweede manier is door een mechanische binding. Hierbij worden producten dusdanig ontworpen dat ze in elkaar grijpen en zo een mechanische binding vormen.

Wanneer er wordt gewerkt met meerdere verschillende materialen die door middel van een chemische binding aan elkaar gehecht worden, is het noodzakelijk rekening te houden met de onderlinge bindingsmogelijkheden van deze materialen. In het schema hieronder is te zien van de meeste gangbare materialen of deze goed, matig, slecht of totaal niet met elkaar spuitgegoten kunnen worden. Hierbij moet erop worden gelet dat bij het gebruik van letter een toevoeging moet worden bijgevoegd om de binding tot stand te kunnen brengen.

Schema materialen.jpg

Leveranciers en kenniscentra

Leveranciers

Kenniscentra

Bronnen

Boeken

  • Zoetelief W. F. (1995), Multi-component Injection Moulding, Proefschrift, FEBO druk, Enschede;
  • Belofsky H. (1995), Plastic – Product Design and Process Engineering, Passavia Druckerei GmbH, Passau;

Interview

  • VAN RINGEN R. (Manager Engineering), Meercomponentenspuitgieten, Door T. Vrugteveen & R. Borgonjen, 20-09-2011, Haaksbergen.

Websites

Persoonlijke instellingen
Naamruimten
Varianten
Handelingen
Navigatie
Hulpmiddelen