Hot-embossing of spuitgieten?

DePurpereWolf

Hot-embossen en spuitgieten lijken veel op elkaar. Bij de een maak je een patroon door een stempel op een thermoplast boven zijn glas-transitie temperatuur te drukken. Bij de ander spuit je de vloeibare thermoplast in een matrijs.

Hoog volume fabricage gebruikt vaak spuitgieten, maar wanneer zou je nu hot-embossen willen gebruiken?

Ik gebruik zelf een hot-embosser, dus ik ken een beetje de voor en nadelen van hot-embossen. Maar wat zijn nu de moeilijkheden bij spuitgieten?

marinus

Bij hotembossing ga je uit van een bestaand kunststof product dat je door middel van warmte van vorm kunt veranderen.

Bij spuitgieten ga je uit van kunststof granulaatkorrels die je in een matrijs een 3-D vorm kunt geven.

Wien Ee

Bij spuitgieten moet het hele product van vloeibare toestand afkoelen tot vast. De cyclustijd, dat wil zeggen de tijd nodig om één product te maken zal daarom bij spuitgieten langer zijn.

Spuitgieten is kunststof in een matrijs brengen onder hoge druk en in korte tijd. Dat stelt eisen aan die matrijs: afsluiting voor kunststof, terwijl lucht moet kunnen ontsnappen; een goede geleiding ten opzichte van elkaar van de boven en ondermatrijs, bovendien moet de matrijs koeling ingebouwd hebben. De matrijs voor spuitgieten zal daarom duurder zijn dan de matrijs voor embossing. De machine voor spuitgieten is bovendien veel groter en duurder dan die voor embossing. Een spuitgietmachine moet de kunststof op precies de goede temperatuur brengen, en in korte tijd kunnen versnellen, en de matrijshelften op elkaar persen.

marinus

Cyclustijden bij spuitgieten variëren van een paar seconden (zeer dunwandige producten zoals boterkuipjes, koffiebekers, etc) tot zo'n halve minuut voor "dikwandige" producten.

De cyclussnelheid bij spuitgieten wordt voornamelijk bepaald door de hoeveelheid warmte die in het spuitgfietproduct zit en de tijd waarbinnen de warmte uit het product kan worden weggekoeld door de matrijs.

Met spuitgieten kun je zeer ingewikkelde 3D producten maken, van zeer klein (bijv. miniatuur tandwieltjes) tot heel groot (bijv. tuinmeubels)

De grootte van de producten bepaalt dan ook in belangrijke mate de grootte en prijs van de spuitgietmachine (benodigde sluitkracht en benodigd opspanvlak) en uiteraard de grootte en prijs van een matrijs.

DePurpereWolf

Bij spuitgieten moet het hele product van vloeibare toestand afkoelen tot vast. De cyclustijd, dat wil zeggen de tijd nodig om één product te maken zal daarom bij spuitgieten langer zijn.

Dit is niet correct, cyclus tijd van spuitgieten is in tientallen secondes. Hot-embossing duurt 10 minuten waarvan 2 minuten enkel het hot-embossen is (het drukken van de stempel) de rest is omwarmen van de thermoplast en de stempel, het zuigen van het vacuum, alles in positie brengen.

Spuitgieten is kunststof in een matrijs brengen onder hoge druk en in korte tijd. Dat stelt eisen aan die matrijs: afsluiting voor kunststof, terwijl lucht moet kunnen ontsnappen; een goede geleiding ten opzichte van elkaar van de boven en ondermatrijs, bovendien moet de matrijs koeling ingebouwd hebben. De matrijs voor spuitgieten zal daarom duurder zijn dan de matrijs voor embossing.

Hier kan ik mee instemmen.

De machine voor spuitgieten is bovendien veel groter en duurder dan die voor embossing. Een spuitgietmachine moet de kunststof op precies de goede temperatuur brengen, en in korte tijd kunnen versnellen, en de matrijshelften op elkaar persen.

Ben ik ook niet mee eens. de hot-embosser moet ook deze temperatuur verhoging toebrengen. De matrijshelften zijn al op elkaar, de thermoplast word naar binnen gespoten via gaten.

Afbeelding

De Jen-optik

en de babyplast:

Afbeelding

Eerlijkheidshalve moet gezegt worden dat je een groter oppervlak met de hot-embosser kunt embossen, maar het is wel een monster van een apparaat.

stoker

Kan iemand me uitleggen wat juist het verschil is tussen hot-embossing en spuitgieten?

Wien Ee

Ben ik ook niet mee eens. de hot-embosser moet ook deze temperatuur verhoging toebrengen. De matrijshelften zijn al op elkaar, de thermoplast word naar binnen gespoten via gaten.

Ik ben bekend met de techniek spuitgieten en de techniek embossing van papier en karton. Ik meende dat je met hot-embossing persen van kunststof met een warme stempel bedoelde. Blijkbaar is dat niet de techniek die je bedoelde, is hot-embossing een andere techniek. Dan kan ik je vraag helaas niet beantwoorden.

DePurpereWolf

Spuitgieten is een thermoplast opwarmen tot boven zijn glas-transitie temperatuur (het is dan dus vloeibaar) en het in een mal spuiten. Met hoge druk.

Hot-embossen is het stempelen van de thermoplast met een warme stempel. Simpel gezegd, er komt eigenlijk wat meer bij kijken.

Zo word zowel stempel als de thermoplast nauwkeurig opgewarmt, word dit geheel gedaan in een vacuum, en is de kracht waarmee de stempel word neer gedrukt ook erg nauwkeurig en groot.

De grote nauwkeurigheid van temperatuur control, kracht control en het vacuum dragen bij aan de grootte van het apparaat.

Je zou dus kunnen zeggen dat hot-embossen meer precies is, maar ik heb daar eigenlijk geen bewijs voor. Het is tenminste niet sneller, spuitgieten is een erg snel procedee, het is klaar terwijl de hot-embosser de kamer nog aan het leegpompen is.

oktagon

Bij spuitgieten (oa.bij Arburg-apparatuur) speelt het koelsysteem een grote rol en worden er bij de kunststofgarnulaatkorrels kleurmengingen toegevoegd, ook in korrelvorm en kan men de kwaliteit van de kunststof varieren.

Dit laatste wordt gedaan door bij buigelementen een elastischer materie te gebruiken,dan bij delen welke niet of weinig moeten buigen.

Er wordt wel kalk toegevoegd in een verhouding,die empirisch wordt vastgesteld.

Bij spuitgieten (oa.bij Arburg-apparatuur) speelt het koelsysteem een grote rol en worden er bij de kunststofgarnulaatkorrels kleurmengingen toegevoegd, ook in korrelvorm en kan men de kwaliteit van de kunststof varieren.

Dit laatste wordt gedaan door bij buigelementen een elastischer materie te gebruiken (gedoseerd ingespoten),dan bij delen welke niet of weinig moeten buigen.

Er wordt wel kalk toegevoegd in een verhouding,die empirisch wordt vastgesteld.

Kaspace

Ik kom hot-embossing eigenlijk niet vaak tegen in het "reguliere"circuit. Spuitgieten wel.

Hot embossing lijkt me (oorspronkelijk) een relief-printtechniek, eigenlijk heel simpel.

Op het internet ook genoemd als geavanceerde techniek bij MEMS. Men gebruikt dan een stempel van silicium. En dat silicium dat kunnen ze zeer fijn detailleren.

De foto van de hot-embosser (Jena) hier eerder geplaatst lijkt zo'n apparaat. Dat lijkt me een echt laboratoriumapparaat, waarbij het gaat dan om maximale detaillering. Dat je daar een vacuum bij gebruikt lijkt me in die situatie begrijpelijk. Volgens mij is het voor minder nauwkeurig werk niet nodig.

Dan wordt het vergeleken met een minispuitgietmachine. Eigenlijk vergelijk je appels met peren: een laboratoriumapparaat met een massaproductiemachientje. Deze spuit plastic om stekkertjes bij kabeltjes. Helemaal geen bijzondere detaillering, als het maar goed geseald zit.

Spuitgieten doe je voorzover ik weet gewoon atmosferisch, zonder vacuum.

Bij spuitgieten gaat het erom dat je het te spuiten product zo snel mogelijk koelt, men let bij het productontwerp heel erg op gelijkmatige, zo gering mogelijke, wanddikte.

Het hot embossen is 2-dimensionaal (op het relief na dan), spuitgieten is volledig 3-dimensionaal.

Een spuitgietmatrijs wordt meestal door vonkerosie uit staal gemaakt. Kwa oppervlakte detaillering heb je wel wat te kiezen kwa structuur grofte, maar ik denk dat je geen harde eisen kan stellen aan dat soort details.

Hot-embossing onder vacuum zou tot 1/1000 mm detaillering kunnen. Dat gaat bij spuitgieten dus echt niet. Als je de matrijs ervoor gemaakt kan krijgen én onder vacuum werkt dan wordt het allemaal anders natuurlijk.

Maar ja, dan zal de spuitgietmachine ook trager worden vanwege vacuumzuigtijd.

Kaspace

marinus

Een spuitgietmachine bestaat in principe uit twee hoofddelen: de spuitgietcilinder met schroef en de matrijs. Uiteraard nog veel meer, maar vanuit het proces gezien zijn dit de belangrijkste.

Spuitgietcilinder

Aan het begin van de spuitgietcilinder worden kunststof korrels (granulaat) toegevoerd. In de cilinder wordt dit granulaat door een draaiende schroef naar voren gedrukt. Tijdens dit transport worden de kunststof korrels onder invloed van een externe elektrische verwarming en door interne wrijving geheel opgesmolten tot één vloeibare massa. Afhankelijk van de materiaalsoort is dit ergens tussen 200 tot 300 graden C. In de voorste "neus" van de spuitgietcilinder zit op een bepaald moment, afhankelijk van de grootte van het te maken produkt, een bepaalde hoeveelheid opgesmolten kunststof. (Ik ken geen nederlands woord hiervoor maar in het duits wordt dit "Massepolster" genoemd en is ongeveer twee keer zoveel als nodig is voor een produkt)

Matrijs

De matrijs is een uit twee helften opgebouwde vorm waarin de juiste holte van het produkt is uitgespaard. Daarnaast zijn er in de matrijshelften ook een groot aantal koelkanalen aangebracht waardoor constant stroom koelmiddel wordt gepompd. Soms is dit koelmiddel gewoon water waardoor de matrijs op kamertemperatuur wordt gehouden. Soms echter wordt dit water extra verwarmd waardoor de matrijs op een bepaalde temperatuur (bijvoorbeeld 80 graden C) wordt gehouden. (dit is afhankelijk van de soort kunststof die verwerkt wordt)

Spuitgietproces

Zodra het Massepolster gereed is en de matrijs gesloten is wordt er een bepaalde hoeveelheid (in het bovengenoemde geval 50%) van het Massepolster onder hoge snelheid en druk in de matrijs geperst. Hier begint de gesmolten kunststof onmiddelijk af te koelen waardoor deze stolt. Zodra het produkt voldoende is afgekoeld wordt de matrijs geopend en kan het produkt uitgenomen worden. Tijdens het koelen van het produkt wordt gelijktijdig in de cilinder het massepolster weer tot de juiste hoeveelheid aangevuld.

Zodra het afgekoelde (gestolde) produkt is uitgenomen wordt de matrijs weer gesloten voor een volgend "shot".

Kunststoffen

Kunststoffen zijn er in veel soorten, van goedkoop (een paar eurocent per kilogram) tot zeer duur (wel Euro 25,- per kilogram) Dit heeft alles te maken met de toepassing. Een eenmalig verpakkingsprodukt wordt meestal gemaakt uit de goedkoopste kunststof waaraan eventueel ook nog als extra vulmiddel kalk of houtvezels (heel goedkoop) worden toegevoegd. Aan een produkt dat gebruikt wordt in elektrische toepassingen wordt (vrijwel altijd) vlamdovende middelen toegevoegd. Daarnaast kan er ook nog, als er een grote mechanische belasting op een produkt wordt uitgeoefend, glasvezels (0,1 - 0,2 mm lang) worden toegevoegd waardoor de sterkte toeneemt. Ook kan men eventueel kleurstoffen toevoegen.

Door toevoeging van zulke vulstoffen kan men dus eigenschappen van de kunststoffen veranderen en/of verbeteren.

DePurpereWolf

Bedankt Kaspace, we hebben in ons instituut zowel een hot-embosser als een spuitgiet machine, beide zijn dus voor laboratorium doeleinden.

Ik zelf gebruik de hot-embosser en weet er dus wat van. De spuitgieter staat bij een andere onderzoeksgroep en ik krijg niet echt een duidelijk antwoord wanneer iemand nu een hot-embosser zou willen gebruiken en wanneer een spuitgieter, het kan beide hier.

Ik had al verwacht dat de hot-embosser een grotere resolutie zou hebben. Sub micrometer, ik weet echter niet wat de resolutie is voor de babyplast, dus als iemand een schatting wil maken?

marinus

Met hotembossing ga je in principe uit van een vlakke kunststof plaat waarin door middel van een hete vormstempel een bepaald figuur gedrukt wordt. Het is dus eigenlijk geen 3D maar een zg. 2,5D vorm. Plaatselijk kunnen er op het produkt zeer grote krachten worden uitgeoefend waardoor de kunststof tot in elk gaatje en randje wordt gedrukt. Qua nauwkeurigheid en maatvoering kunnen er zodoende micro/nano structuren gevormd worden die vrijwel tot het uiterste randje van de vorm geheel scherp zijn. Je zou zo een tandwieltje kunnen maken met een diameter van 500 mu met tandjes van 50 mu. Met spuitgieten is dit niet mogelijk.

Bij het spuitgieten wordt in de cilinder door de draaiende extruderschroef een bepaalde hoeveelheid kunststof opgesmolten. Zodra de matrijs gesloten is wordt door de extruderschroef (deze draait dan niet maar wordt elektrisch of hydraulisch naar voren bewogen) de gesmolten kunststof door een klein gaatje (de aanspuiting) in de matrijs geperst. Het vloeifront van de gesmolten kunststof stroomt zo in elk gaatje en randje in de matrijs. Met spuitgieten kun je vanuit de gesmolten kunststof korrels een volledige 3D vorm maken. Ook (gedeeltelijke) holle produkten met allerlei dwarsgaten zijn mogelijk. De vormvrijheid is veel groter dan bij hotembossing.

Qua nauwkeurigheid zijn er bij spuitgieten echter twee zaken te onderscheiden.

1e het maken van een (relatief) groot produkt met micro/nano structuren (bijvoorbeeld een CD)

2e het maken een produkt met micro afmetingen (bijvoorbeeld een tandwieltje ter grootte van de kop van een lucifer)

In het eerste geval zou je een "standaard" spuitgietmachine kunnen gebruiken. Echter het vullen van hele kleine gaatjes en randjes is zeer moeilijk omdat de gesmolten kunststof hier in in wil vloeien. Er dient dan een extra voorziening op de machine te zijn die er voor zorgt dat de putjes van de CD ook echt gevormd worden. Dit noemt men compression molding. De werking is als volgt: Men laat de matrijs niet volledig sluiten maar houdt deze een fractie open. Vervolgens wordt er een bepaalde hoeveelheid gesmolten kunststof in de matrijs geperst. Meteen aansluitend perst men de matrijs dicht. In principe is het een combinatie van spuitgieten en hotembossing. Zo kun je de uiterst kleine putjes van de CD vormen. In principe zou je dus een CD ook met hotembossing kunnen maken echter de cyclustijd bij het spuitgieten is een paar seconden. Wat zou de cyclustijd bij hotembossing zijn?

In het tweede geval kan men geen standaard spuitgietmachine gebruiken. Afhankelijk van de grootte van de cilinder wordt er op een standaard spuitgietmachine een bepaalde hoeveelheid kunststof opgesmolten. Zodra de matrijs gesloten is wordt er een nauwkeurige hoeveelheid gesmolten kunststof in de matrijs geperst. Niet te weinig want dan is het product niet volledig gevormd, niet te veel want dan komen er vliesjes aan het produkt en komen er grote interne spannningen in het produkt.

Doordat op een standaard spuitgietmachine de extruderschroef relatief groot is zou deze heel nauwkeurig moeten bewegen om een heel kleine hoeveelheid, precies op de matrijsholte aangepaste hoeveelheid kunststof te verplaatsen. Dit is technisch niet mogelijk. Om nu zulke produten te vormen worden speciale spuitgietmachines gebruikt. Bijvoorbeeld de Microsystem 50 van Battenfeld zie: http://www.battenfeld-imt.com/en/maschinen...ihen/micro.html

(ik heb geen aandelen hoor)

In zulke machine wordt de kunststof geplastificeerd door een relatief grote extruderschroef. Vervolgens wordt er door een heel kleine plunjer een heel klein beetje, precies aan de grootte van de matrijsholte aangepaste hoeveelheid kunststof in de matrijs geperst. Zo kunnen kleine produkten met nauwkeurige afmetingen gevormd worden.

Conclusie:

Met hotembossing kunnen vlakke producten gemaakt worden met zeer strakke microstructuren.

Met spuitgieten kunnen niet de strakke structuren van hotembossing gemaakt worden maar de vormvrijheid is veel groter.

Kaspace

DePurpereWolf schreef:Ik zelf gebruik de hot-embosser en weet er dus wat van. De spuitgieter staat bij een andere onderzoeksgroep en ik krijg niet echt een duidelijk antwoord wanneer iemand nu een hot-embosser zou willen gebruiken en wanneer een spuitgieter, het kan beide hier.

Ik had al verwacht dat de hot-embosser een grotere resolutie zou hebben. Sub micrometer, ik weet echter niet wat de resolutie is voor de babyplast, dus als iemand een schatting wil maken?

Ik denk dat je het onderscheid moet maken vanuit de matrijs. Als je bij de spuitgieter komt met jouw microstructuurontwerp zal hij zuur kijken.

Bij spuitgieten kijk je niet zo zeer naar resolutie maar naar vormafwijking. Het grote probleem is de krimp. Je product wordt altijd bv 1% kleiner dan je matrijs. En als je wanddiktes onregelmatig zijn krijg je dus een krom product.

Daarom altijd ontwerpen op evenwichtige krimp. Listig de juiste koelkanalen- en plaatsen ontwerpen.

Nauwkeurigheid: passingen tot H7 worden gemaakt in kunststof glijlagerslagertjes, kogelkopjes (kijk eens bij Igus).

H7 komt neer op 0 +0,02mm voor een gat van 15mm. Dat is een hoge score voor een spuitgietproduct volgens mij.

Maar als je bv een zeef wilt maken van 0,5 mm dik met kanaaltjes van 0,05mm in diameter, dan zou dat met de spuitmachine op zich misschien nog net wel kunnen, maar ik denk niet dat ik er een matrijzenbouwer voor vind.

Je moet dan duizenden minuscule staafjes in hoogte/diameterverhouding 10 netjes op elkaar laten sluiten...

Naarmate je de H/D verhouding verlaagt nemen je kansen op succes weer toe. Dit is volgens mij het avontuurlijke grensgebied waar alles 10x zo duur wordt als je had begroot, of gewoon mislukt.

Als je wilt weten wat er kan heb je de voorbeelden waarschijnlijk in je zak zitten. Telefoontjes, MP3 spelers en al die hippe electronica zijn de topstukken in moderne spuitgiettechniek.

Overigens zie ik niet hoe je met hot-embossing doorlopende gaatjes zou kunnen maken. De hot-embosser maakt maar 1 (één) aanzicht van het product. Die levert dus eigenlijk maar half werk...

Een product uit de spuitgietmachine is (doorgaans) montageklaar.

DePurpereWolf

Bedankt allen, zeer informatief.

Ik zal eens kijken hoe die babyplast werkt. of het compression injection moulding is.

Wetenschapsforum

Laatste berichten

Nieuwsberichten

Hot-embossing of spuitgieten?

Hot-embossing of spuitgieten?

Re: Hot-embossing of spuitgieten?

Re: Hot-embossing of spuitgieten?

Re: Hot-embossing of spuitgieten?

Re: Hot-embossing of spuitgieten?

Re: Hot-embossing of spuitgieten?

Re: Hot-embossing of spuitgieten?

Re: Hot-embossing of spuitgieten?

Re: Hot-embossing of spuitgieten?

Re: Hot-embossing of spuitgieten?

Re: Hot-embossing of spuitgieten?

Re: Hot-embossing of spuitgieten?

Re: Hot-embossing of spuitgieten?

Re: Hot-embossing of spuitgieten?

Re: Hot-embossing of spuitgieten?