Kunststoffgranulat

„Wer Kunststoff kennt, nimmt Stahl“ Was bei der Serienüberführung von Kunststoffteilen zu beachten ist….

Teile aus Kunststoff eignen sich hervorragend für Produkte in größeren Stückzahlen und dadurch, dass man mit diesen Bauteilen sowohl funktionale und strukturelle Elemente und zugleich ästhetisch hochwertige Außenflächen und Gehäuse darstellen kann. Und wenn sortenrein zerlegbar, reparierbar und langlebig ausgelegt, erfüllen Kunststoffprodukte durchaus die Kriterien der Nachhaltigkeit.

Doch der Schritt von der idealen CAD-Geometrie bis zum fertig fallenden Serienteil ist eben nicht bloß „ein Knopfdruck“ und das Abbilden der negative Gegenform im Stahl, sondern birgt eine Menge Fallstricke, die zu massiven zeitlichen Verzögerungen, Qualitätsproblemen, Zusatzkosten und Konfliktpotential führen und letztendlich den Erfolg des Produktes und Projektes gefährden können.

Um diese Faktoren in der Produktentwicklung möglichst gering zu halten, ist ein intensiver Austausch zwischen dem späteren Spritzgusspartner, den Konstrukteuren und Werkzeugmacher und dem eigentlichen Auftraggeber als den späteren Inverkehrbringer der Produkte notwendig. Die essenziellen Funktionen und deren geplante Nutzung, potentielle Misuses sowie die Lebensdauer und die daraus resultierenden Anforderungen an Werkstoffe, Toleranzen, Festigkeit und Optik sollten sauber reflektiert, messbar definiert und jeder Partei bewusst werden. Zudem müssen entwicklungsbegleitende und später auch serienbegleitende Tests, deren Ausführung und Kennwerte klar spezifiziert und festgelegt werden. Ebenso muss definiert sein, welche Validierungen zu welchem Zeitpunkt (z.B. an Erstmustern, aber auch als Stichproben pro Charge) und durch welche Partei, z.B. QS des Hersteller oder des Inverkehrbringer erbracht werden.

Die Serienüberführung stellt auch einen Übergang der Verantwortung zwischen Entwicklung und Serienfertiger dar, der sauber definiert sein muss:

So sollte idealerweise bereits frühzeitig im Entwicklungsverlauf eine erste Anfragerunde der wichtigsten werkzeugfallenden Komponenten mit potenziellen Lieferanten erfolgen, so dass die grundsätzliche Machbarkeit geklärt und eine erste Indikation zu Werkzeugkosten und Teilepreisen vorliegt und die ersten Rückmeldungen der Lieferanten konstruktiv berücksichtigt sowie grundsätzliche Entformungsstrategie und Materialien abgestimmt werden können. Nach erfolgreicher Prototypenerprobung sollte dann eine sauber dokumentierte Anfrage erfolgen, so dass ausgewählte Lieferanten anhand klar definierter Kriterien (wie z.B. Entformungsstrategie, Werkzeugauslegung, Kavitäten, Schieber, Materialien, Toleranzen, Montageprozesse etc.) vergleichbare Angebote abgeben können. Zu diesem Zeitpunkt muss dann idealerweise bereits eine Vorauswahl für einen Lieferanten erfolgen oder zumindest sollte einem Lieferanten ein bestimmtes Budget für eine detaillierte DFM-Betrachtung und idealerweise erster Mold-Flow Analysen gestellt werden.

Erst auf Basis dieses detaillierten Fertigungs-Inputs kann die Konstruktion soweit finalisiert werden, dass wiederum verbindliche Angebote der Lieferanten möglich sind. Erfolgt diese erste DFM Betrachtung und Mold-Flow nicht, so basieren die Angebote der Lieferanten meist auf der Annahme von idealen Voraussetzunge (z.B. idealer Anspritzpunkt, günstigste Werkzeugauslegung bzgl. Kühlung und Entformung) und bei Auftragsvergabe erfolgt dann entweder eine kostengetriebene schlechtere Auslegung der Bauteile oder es bereits eine frustrierende Kostendiskussion.

Oftmals kommen vom Spritzguss-Lieferanten aus Fertigungs- und Kostensicht gut gemeinte Empfehlungen (z.B. andere Materialien, Zusammenlegung von Bauteilen in 1+1 Werkzeugen mit dadurch aber veränderten Anspritzpunkten etc.), die gemeinsam sauber bezüglich der Auswirkungen auf das Produkt und die Funktion bewertet werden müssen. Z.B. bietet ein einfacher zu bedruckendes Material ggf. eine schlechtere Festigkeit oder Maßhaltigkeit, was die gesamte Funktion gefährden kann.

Anderseits können und sollten - wo möglich - konstruktiv Toleranzen und Passungen entschärft und vergrößert werden, so dass ein fertigungsbedingter Verzug der Bauteile idealerweise keine oder weniger gravierende funktionale Auswirkungen auf die Gesamtfunktion hat. Funktions- und toleranzkritische Aspekte und auch optisch Kriterien müssen definiert, entsprechende Nachsetz-Strategien und Vorhalte-Maße vereinbart und diese bei der Erstbemusterung und bezüglich der Werkzeugkorrekturzeiten berücksichtigt werden. Oftmals werden in die Kunststoffteile weitere Komponenten verbaut, die ebenfalls Ihre Toleranzen mitbringen und die Anforderungen an die Bauteile zusätzlich verschärfen – auch dies gilt es zu beachten.

Die Ergebnisse der Mold-Flow Analysen - idealerweise in 2-3 vergleichenden Variationen - müssen im Detail abgestimmt werden. Z.B. stellt ein Anspritzpunkt im Sichtbereich und damit eine homogene Füllung des Bauteils einen weniger gravierenden Mangel dar als ein durch einen ungünstig, aber versteckt platzierten Anspritzpunkt resultierender Verzug im Bauteil, der auch durch eine Parameter- und Werkzeug-Anpassung nach der Erstbemusterung oftmals nicht in den Griff zu bekommen ist. Ergeben bereits die Mold-Flow-Analysen starke Bauteilverzüge, sollte unbedingt abgestimmt werden, ob werkzeugseitig nicht durch einen bewusste Geometrieänderung „gegengearbeitet“ werden kann oder das Bauteil auch konstruktiv noch einmal in Wandstärke homogenisiert und mit geometrischen Fließhilfen spannungsärmer ausgelegt werden kann.

Eine nicht sichtbare Verbindung von Gehäusen ist optisch optimal, verkompliziert jedoch das Werkzeug durch z.B. Schieber, reduzierte die Kühlungsfläche und birgt dadurch die Gefahr für Bauteilspannungen und/oder ein Aufspringen der Gehäuse bei Drop-Tests. Auch dies ist sowohl konstruktiv als auch werkzeugseitig abzuwägen und abzustimmen.

Diese Aspekte müssen sauber aufbereitet und mit dem Auftraggeber diskutiert werden, da diesem die herstellungsseitigen und funktionalen Auswirkungen oftmals im Detail nicht bewusst sind.

Auf dieser gemeinsam vereinbarten Basis kann dann ein finaler Konstruktionsstand erstellt werden, der – je nach Umfang der Änderungen – idealerweise auch noch einmal als Prototyp bemustert und erprobt werden sollte.

Erst diese Daten-Version stellt die Basis für den Werkzeugbau dar. Hier ist mit Änderungs-Indizes und klaren „Anfrage“ und „Freigabe“ Kennzeichnung auf den Zeichnungen sicherzustellen, dass auch der finale Datenstand und nicht gar der Anfrage-Stand den Weg in den Werkzeugbau findet.

Zu diesem Zeitpunkt sollte dann spätestens die firmeninterne Konstruktionsabteilung und Qualitätssicherung ebenfalls die Daten übernehmen und in den Dialog eingebunden werden, um zumindest fertigungsbegleitend dann die Projekt- und Qualitätssteuerung übernehmen zu können.

Diese detaillierte Abstimmung zwischen Anfrage und dem tatsächlichen Start des Werkzeugbaus ist ein Aspekt, der meist zeit- und kostentechnisch weder im Projektplan vom Endkunden noch beim Spritzgusspartner beachtet wird, so dass hier oft bereits ein Termindruck entsteht, der wiederum die Serienreife und Erprobung der finalen Lösung und somit die Qualität des Produktes gefährdet. Auch Entwicklungsbüros unterschätzen diese Phase oftmals oder/und bekommen kein Verständnis für dieses Budget und den hier entstehenden Aufwand, da ja mit dem ersten Prototyp und den ersten Anfragedaten oft aus Kundenverständnis „die Konstruktion schon fertig“ war.

Idealerweise sollten die Entwicklungsdienstleister auch bei der Erstbemusterung und der daraus resultierenden Maßnahmen involviert und informiert bleiben. Kritisch sind aufgrund von Termindruck getroffene „Vorab-Freigaben“ von Bauteilen, die eigentlich von den konstruktiv definierten Toleranzen und Geometrien abweichen, da dies erfahrungsgemäß zu Fehlfunktionen und Reklamationen führen kann, die oftmals erst auftreten, wenn eine Vielzahl an Produkten schon im Markt sind….

Auch wird oftmals versäumt, einen Zeitfenster zu vereinbaren, wann die Restpunkte der „Vorab-Freigabe“ umgesetzt und der eigentlich vereinbarte Artikelzustand hergestellt wird, da der Spritzguss-Hersteller ja dann produzieren und ausliefern muss und das Werkzeug nicht von der Maschine nehmen kann. Des Weiteren sollte genügend Zeit eingeplant werden, um die Erstmuster ausgiebig zu testen, da die Prototypen typischerweise noch in anderen Fertigungsverfahren oder anderen Materialien (RP) erprobt wurden.

Last but not least sollten im laufenden Serienproduktionsprozess ebenfalls begleitende Prüfungen erfolgen, sowohl auf Bauteil- aber auch Baugruppen-Ebene. Materialänderungen aufgrund von mangelnder Verfügbarkeit oder gar die Umstellung von 1A Rohgranulat auf Recyclat darf ebenfalls keinesfalls einfach und aus falsch verstandener „Nachhaltigkeit“ erfolgen, da diese Recyclate meist erhebliche Abweichungen in den mechanischen Materialeigenschaften aufweisen.

Beachtet man die oben genannten Aspekte und plant dies in den Projektplan und hinsichtlich des Markteinführungstermins mit ein, so bleibt einem der Spruch aus der Überschrift erspart… Gerne unterstützen wir und unser Netzwerk an Spritzgusspartnern Sie bei Ihren Kunststoff-Projekten!

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„Durch Internetrecherche stießen wir auf BUSSE Design+Engineering. Nach Kontaktierung wegen eines Funktionsmusters schlossen wir einen Vertrag für ein technisches Redesign ab. Die Konzeptänderung führte zu Redesign II, einem Prototyp, der 2019 mit einem goldenen Award auf der Ambiente-Messe ausgezeichnet wurde. BUSSE realisierte das Projekt zielgerichtet, termintreu und handwerklich erstklassig. Eine zukünftige Zusammenarbeit ist sicher."

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