Pulverspritzgussverfahren (PIM)

Ein Prozess bei dem pulverförmige Materialien mit hohem Schmelzpunkt (>1.000°C) mit thermoplastischen Bindermaterialien zu einem spritzfähigen Compound gemischt werden wird als Pulverspritzgussverfahren (PIM) bezeichnet.
Das pulverförmige Material hat hierbei vorzugsweise eine globulare Form und Korngrößen von 15µm bis 20µm. Der Binder umschließt das Korn.
Volumenanteile: Binder mehr als 20 % / Materialpulver weniger als 80 %. Die Mischung Pulver und Binder nennt man Feedstock.

Das PIM-Verfahren ist ein mehrstufiges Verfahren bei dem der Spritzgussprozess der erste Verfahrensschritt darstellt.
Beim folgenden Prozessschritt, dem Entbindern, wird der Binder aus dem spritzgegossenen Teil entfernt.
Der dritte Verfahrensschritt ist das Sintern. Im Sinterprozess wird die verbleibende Pulverstruktur zu einem kompakten Bauteil gesintert. Hierbei werden die einzelnen “Körner” an den angrenzenden Randschichten miteinander verschmolzen. Es können Dichten von 99,95 % und mehr, gegenüber Kompaktmaterialien erreicht werden (z.B.: vergleichbarer Walzstahlblock).

Mechanische und andere wichtige Material-Eigenschaften sind vergleichbar mit Kompaktmaterialien.
Dieses Verfahren wird vorzugsweise bei mittleren bis großen Fertigungslosen mit durchschnittlicher bis hoher Komplexität eingesetzt.
Das Pulverspritzgussverfahren ist besonders wettbewerbsfähig gegenüber komplexeren spanabhebenden Fertigungsverfahren, wie Fräsen, Bohren, Schleifen, usw.
Beispiele für überzeugende und erfolgreiche Verfahrensanwendungen des PIM-prozesses sind: Gehäuse für Edelstahl-Armbanduhren, Keramikmahlwerke, Düsen für Hochdruckstrahlgeräte, medizintechnische Anwendungen und vieles mehr.

Pulverspritzgussverfahren - Kunststoffbranche
Pulverspritzgussverfahren - Kunststoffbranche

Spritzgießprozess: Fertiges MIM-Teil inkl. Oberflächenbehandlung.
Spritzgießprozess: Keramik-Mahlscheibe aus einer Serienanwendung.

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Reinraum Konzepte

Um den Anforderungen der Reinraumtechnik im Spritzguß gerecht zu werden, gibt es unterschiedliche Möglichkeiten die Maschine mit einzubeziehen.
Die technisch einfachste Variante nennt sich sogenannte „Machine-in-Room“.
Dabei wird die Spritzgussmaschine vollständig in den Reinraum gestellt. Ungünstig ist dabei die zusätzliche Abwärme der Maschine, da die Wärmelast durch die Klimatisierung im Reinraum abgeführt werden muss.
Zudem stellt die Maschine eine Partikelquelle dar.
Um dies zu vermeiden, wird im Konzept „Machine in room II“ nur der Schließbereich der Maschine in den Reinraum eingebunden.
Bei der sogenannten „Outside-Drop“-Variante steht die Maschine vollständig außerhalb des Reinraums.
Um trotzdem eine reinraumtaugliche Produktion zu gewährleisten, ist der Werkzeugbereich mit speziellen Filter-Fan-Units (FFU), auch Laminar-Flow-Module (LFM) genannt, ausgestattet. Damit wird der Werkzeugbereich mit auf Reinraumniveau gefilterter Hallenluft durchströmt.
Bei der „Room-in-Room“ – Maschinenaufstellung steht die Maschine im Reinraum. Der Werkzeugbereich ist zusätzlich mit einer FFU ausgestattet. Zu beachten sind die Aufwendungen hinsichtlich Maschinenwartung und Werkzeugwechsel. Diese fallen je nach gewähltem Konzept unterschiedlich aus.


Reinraum Konzepte - Kunststoffbranche. Ein Beitrag von TH-Rosenheim

Spritzgießprozess: Maschinenaufstellungsvarianten – Reine Bereiche sind grün hinterlegt.

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Reinraumklassen

Für sterile Verpackungen im Modizin- oder Lebensmittelbereich gelten besondere Anforderungen.
Um bestimmte Reinheitsgrade der Produkte zu gewährleisten, muss die Fertigung in einem Raum bei kontrollierten Bedingungen erfolgen. Dabei ist es insbesondere wichtig, Partikel aus der Luft durch Filter zu entfernen. Diese Art von abgeschlossenem und in den Umgebungsbedingungen kontrolliertem Raum wird Reinraum genannt. Reinräume sind in unterschiedliche Luftreinheitsklassen nach DIN EN ISO 14644-1 gegliedert.
Die Reinheit der Klassen ist durch die maximale Partikelanzahl verschiedener Partikelgrößen definiert.
Es werden vier Klassen (A, B, C und D) unterschieden.
Klasse A ist für risikoreiche Tätigkeiten, wie beispielsweise die Herstellung aseptischer Verbindungen.
Die Klasse B beschreibt die Umgebung die für die Sicherstellung der Klasse A gefordert wird.
Die Klassen C und D sind als Arbeitsbereiche für die weniger kritischen Prozesse definiert.


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Spritzgießprozess: Luftreinheitsklassen nach DIN EN ISO 14644-1

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Rüsten

Ein wichtiger Bestandteil einer Stückkostenkalkulation ist der Vorgang des Rüstens eines Spritzgießwerkzeugs.
Unter Rüsten versteht man die Vorbereitung der Spritzgießmaschine auf die Produktion eines bestimmten Formteils.
Dies beinhaltet das Einrichten der Werkzeuge, die Einstellung der Maschinenparameter und die Überprüfung der Produktionsabläufe.
Ziel ist es, eine eine reibungslose Fertigung zu gewährleisten. Ein effizientes Rüsten ist also entscheidend, um die Produktivität zu maximieren und die Qualität der hergestellten Teile sicherzustellen.

Rüsten - Kunststoffbranche

Spritzgießprozess: Aufspannen des Werkzeugs als Teil des Rüstvorgangs

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