2K-Spritzguss – der Zwei-Komponenten-Spritzguss – ermöglicht die Verarbeitung von zwei verschiedenen Materialien oder Farben in einem einzigen Fertigungsprozess. 2k Spritzguss wird insbesondere im Fahrzeugbau, der Medizintechnik, Konsumgüter- und Elektronikindustrie eingesetzt. Er bietet viele technische Vorteile im Gegensatz zu herkömmlichen Fertigungsverfahren. 2k-Spritzguss ist eine Innovation in der Mehrkomponentenverarbeitung, da dabei zwei verschiedene Materialien oder Farben in einem Werkzeug nacheinander oder gleichzeitig eingespritzt werden. Möglich wird dies entweder durch den Einsatz von zwei separaten Einspritzeinheiten oder aber auch über ein Drehteller- oder Transferwerkzeug, mit dem das Kunststoffteil nach der ersten Einspritzung zur zweiten Kavität transportiert wird. Die 2K-Verarbeitung im Spritzguss ist eine hochentwickelte Technologie. Sie besticht durch ihre Flexibilität und Effizienz in der Herstellung anspruchsvoller Kunststoffbauteile. Durch dieses Verfahren können Produkte mit optimierten mechanischen, funktionalen und ästhetischen Eigenschaften in einem einzigen Produktionsschritt gefertigt werden.

Ein thermoplastischer Grundwerkstoff wird dabei mit einem elastomeren oder thermoplastischen Elastomer (TPE) für die zweite Komponente kombiniert. Es gibt zwei Unterteilungen: Bei dem sequenziellen 2K-Spritzgießen wird zunächst das erste Material eingespritzt. Nach der Aushärtung folgt die Einspritzung der zweiten Komponente in derselben Form oder gegebenenfalls nach einem eventuell erfolgten Werkzeugwechsel. Beim simultanen 2K-Spritzgießen werden beide Materialien gleichzeitig in verschiedenen Kavitäten der Werkzeugform eingespritzt. Sie verbinden sich zu einem einheitlichen Kunststoffteil und können entformt werden. Sowohl das sequenzielle als auch das simultane 2k-Spritzgießen erfordern eine exakte Abstimmung der jeweiligen Materialien, der Werkzeugtemperaturen sowie der Zykluszeiten. Nur wenn diese Abstimmung 100%ig ist, kann eine optimale Verbindung zwischen den beiden Komponenten erzielt werden. Und nur so erhalten Sie das Produkt, das Ihren und unseren Qualitätsansprüchen gerecht wird.

Essentiell sind die richtigen Materialpaarungen, die chemisch und thermisch kompatibel sind und somit lange aneinanderhaften. Typische Kombinationen sind harte und weiche Kunststoffe, wie etwa Polypropylen (PP) und Thermoplastische Elastomere (TPE). In dieser Kombination werden Kunststoffteile mit einer funktionellen Hart-Weich-Verbindung hergestellt. Um eine homogene Verbindung zu erzielen, müssen auch die Schmelztemperaturen der beiden Komponenten optimal aufeinander abgestimmt werden.

Vorteile von 2k:

• Mit der 2k-Verarbeitung können unterschiedliche Materialeigenschaften in einem Kunststoffteil kombiniert und vereinigt werden: Zum Beispiel können weiche, rutschfeste Oberflächen direkt auf harten Materialien integriert werden. Ein weiteres Anwendungsbeispiel sind flexible Dichtungen, die direkt – ohne nachträgliche Montage – in einem harten Kunststoffteil integriert werden können.
• Dadurch, dass beide Komponenten direkt in einem Spritzgießzyklus integriert werden, entfallen zusätzliche Bearbeitungsprozesse und Montageschritte. Das führt zu einer erheblichen Zeitersparnis und somit zu einer Kostenreduktion.
• Es lassen sich komplexe Geometrien und multifunktionale Kunststoffteile realisieren, die mit herkömmlichen Spritzgussverfahren nicht hergestellt werden können. Dadurch, dass mehrere Funktionen in einem Bauteil vereint werden können, erhalten Ingenieure und Designer viele neue Gestaltungsmöglichkeiten in Bezug auf Form und Design.
• Durch die Kombination verschiedener Farben oder Materialien ergeben sich viele ästhetische Möglichkeiten, auf die immer größeren Wert gelegt wird.

Das bindenahtfreie Spritzgießen ist eine technologische Weiterentwicklung des klassischen Spritzgießens. Durch das bindenahtfreie Spritzgießen soll die Entstehung von Bindenähten vermieden werden – eine der größten Herausforderungen in der Kunststoffverarbeitung. Diese Nahtlinien treten dort auf, wo zwei oder mehr Schmelzfronten aufeinandertreffen. Dadurch können die mechanischen Eigenschaften, die Funktionalität sowie das Erscheinungsbild des Kunststoffteils beeinträchtigt werden.

Bindenähte sind Schwachstellen im Bauteil: Sie können zu verminderter Festigkeit, ästhetischen Mängeln und Funktionsausfällen führen. Die Nähte entstehen vor allem bei komplexen Geometrien oder Mehrfachangüssen, bei der die Schmelze durch mehrere Fließwege zum gleichen Punkt strömt. Sobald die beiden Schmelzfronten aufeinandertreffen, kommt es aufgrund des unvollständigen Verfließens zu einer ungenauen Verschmelzung. Daraus entstehen neben sichtbaren Linien auch mechanischen Schwachstellen, die die funktionale und optische Qualität des Endprodukts beeinträchtigen können. Faktoren wie die Viskosität des Materials, die Werkzeugtemperatur sowie die Einspritzgeschwindigkeit sind hier ausschlaggebend.

Das Ziel des bindenahtfreien Spritzgießens ist es, Bindenähte entweder zu verhindern oder so weit wie möglich zu minimieren. Dafür gibt es verschiedene Ansätze:

• Optimierung Angussdesign / Werkzeugdesign: Essenziell ist die Gestaltung des Angusses und der Kavität. Im Vorfeld werden durch Simulationen des Schmelz-Fließverhaltens Bereiche identifiziert, in denen Bindenähte auftreten können. Der Anguss wird so positioniert, dass die Schmelze gleichmäßiger verteilt wird. Dadurch wird die Bildung von Nahtlinien vermieden.
• Formwerkzeugvorwärmung: Das gezielte Vorwärmen kritischer Bereiche im Formwerkzeug kann die Fließwege optimieren und so Bindenähte reduzieren bzw. verhindern.
• Gasinnendruck-Technologie: Mit der Gasinnendruck-Technologie wird während des Einspritzprozesses ein Inertgas in die Schmelze eingeblasen. Durch die Steuerung wird der Druck gezielt im Werkzeug so verteilt, dass Bindenähte vermieden werden. Das Material wird gleichmäßig in die Form gedrückt, im Anschluss wird eine gleichmäßige Verschweißung der Schmelzfronten erreicht.
• Prozessoptimierung: Durch die Optimierung der Einspritzgeschwindigkeit, Werkzeugtemperatur und des Nachdrucks wird die Schmelzfront gleichmäßiger geführt. Dadurch wird das Aufeinandertreffen der Schmelzströme minimieren oder so platziert, dass sie besser miteinander verschweißen.
• Kaskadenspritzguss: Mit dem Kaskadenspritzguss werden mehrere Angüsse zeitlich versetzt geöffnet. Dadurch fließt die Schmelze nicht mehr gleichzeitig in die Werkzeugform, sondern nacheinander. Dies ermöglicht eine gleichmäßigere Befüllung der Kavität und reduziert so Nahtlinienbildungen.

Vorteile bindenahtfreier Spritzguss:

• Verbesserte mechanische Eigenschaften: Die Erhöhung der strukturellen Integrität des Kunststoffteils führt zu einer erheblichen Steigerung der Festigkeit und Lebensdauer.
• Höhere ästhetische Qualität: Für sichtbare Bauteile, insbesondere im Bereich der Konsumgüter und Elektronik, sind Bindenähte oft ein ästhetisches Manko. Durch bindenahtfreies Spritzgießen lassen sich optisch ansprechende Bauteile herstellen, die keine sichtbaren Nahtlinien aufweisen, was die Qualität und den Wert des Produkts steigert.
• Erweiterte Designmöglichkeiten: Ohne die Einschränkungen durch potenzielle Bindenähte eröffnet sich den Designern und Konstrukteuren eine größere Gestaltungsfreiheit. Komplexere Geometrien können realisiert werden, ohne Kompromisse bei der Festigkeit oder dem Erscheinungsbild eingehen zu müssen.
• Reduktion von Nachbearbeitungsaufwand: Da Bindenähte oftmals nachträglich bearbeitet werden müssen, um die Oberflächenqualität zu verbessern, reduziert bindenahtfreies Spritzgießen den Aufwand für diese zusätzlichen Bearbeitungsschritte. Dies führt zu einer Kostensenkung und einer Beschleunigung des gesamten Produktionsprozesses.

Sie ziehen ein Produkte in Betracht, bei dem Kunststoff und Metall gezielt miteinander verbunden soll? Dann stellen Hybridbauteile im Spritzguss eine leistungsfähige Technologie dar, die die Vorteile von beiden Materialien in einem Bauteil vereinen. Hybridteile kombinieren die Designflexibilität und Leichtigkeit von Kunststoffen mit der hohen Festigkeit und Wärmeleitfähigkeit von Metallen. Die Bauteile punkten durch ihre hohe Gestaltungsfreiheit und Funktionsintegration. Es stellt in der Kunststofftechnik eine zukunftsweisende Lösung dar – Hybridbauteile im Spritzguss werden durch kontinuierliche Materialinnovationen und Prozessinnovationen immer wichtiger. Diese Materialkombinationen werden bevorzugt dort eingesetzt, wo hohe mechanische Anforderungen gegeben sind und Funktionsintegrationen essenziell sind: Im Fahrzeugbau, in elektronischen Geräten sowie in der Medizintechnik.

Die Herstellung von Hybridbauteilen im Spritzguss als Verbindung von Kunststoff und Metall oder anderen Werkstoffen erfolgt durch eine Kombination von Spritzgießtechniken und Umformtechniken. Dabei wird dein Metallträger oder Metallinsert wird in die Werkzeugform gelegt und im Anschluss mit einem thermoplastischen Kunststoff umspritzt. Es gibt verschiedene Varianten:

• Insert-Spritzgießen: Beim Insert-Spritzgießen wird ein vorgefertigtes Metallteil wird in die Kavität des Spritzgusswerkzeugs eingelegt und von dem thermoplastischen Kunststoff umschlossen. Während des Spritzgussverfahrens entsteht zwischen den beiden Materialien eine feste Verbindung. Essenziell ist wieder einmal die Kombination: Entscheidend für eine gute Qualität der Verbindung ist die Auswahl des passenden Kunststoffs, die richtige Werkzeugtemperatur gepaart mit den richtigen Haftungsmechanismen.
• Outsert-Spritzgießen: Beim Outsert-Spritzgießen liegt das Hauptaugenmerk auf der Außenhaut des Bauteils – diese besteht aus Metall. Hier wird der Kunststoff nur in Teilbereichen als Funktionsträger oder als Verstärkung eingebracht. Dadurch wird die stabile Oberflächenqualität des Metalls mit der Vielseitigkeit des Kunststoffs kombiniert.
  Folienhinterspritzen (IMD): Je nach Anforderung des Produktes – hauptsächlich bei dekorativen Oberflächen – wird manchmal wird kein Metall, sondern nur eine metallisierte Folie als Insert verwendet. Zum Beispiel Metalleffekte sind so problemlos möglich.

Von essenzieller Bedeutung für ein erfolgreiches Hybridbauteil ist die richtige Zusammenstellung der Materialien. Als Metalle werden hauptsächlich Aluminium, Edelstahl oder Kupfer eingesetzt, als thermoplastischen Kunststoffen wird hauptsächlich hochleistungsfähiges Polyamid (PA), Polybutylenterephthalat (PBT) oder Polypropylen (PP) verwendet.

Damit eine dauerhafte Verbindung bestehen kann, gibt es unterschiedliche Verfahren:

• Mechanische Verklammerung: Die mechanische Verklammerung bietet besonders bei strukturell beanspruchten Bauteilen eine hohe Festigkeit: Mittels einer gezielten Gestaltung des Metallinserts mit speziellen Oberflächenstrukturen oder Hinterschneidungen wird der thermoplastische Kunststoff beim Umspritzen mechanisch mit dem Metall verbunden.
• Adhäsive Bindung: Durch eine chemische Vorbehandlung des Metalls, wie der Plasmaaktivierung oder anderen Beschichtungen, wird die Haftung des Kunststoffs auf der Metalloberfläche verbessert.
  Thermische Schweißverbindung: Durch eine gezielte lokale Erwärmung erfolgt eine partielle Schmelze des Metallinserts. Nach dem Erstarren bildet sie eine feste Verbindung mit dem Kunststoff.

Vorteile von Hybridbauteilen

• Gewichtsreduktion und Festigkeit: Hybridbauteilen punkten durch ihre Gewichtsreduzierung einerseits bei einer gleichbleibend hohen Festigkeit andererseits. Das trägt zu einer besseren Energieeffizienz in Maschinen oder Fahrzeugen bei, ohne die strukturelle Integrität zu gefährden.
• Funktionsintegration: Multifunktionale Bauteile lassen sich so mit integrierten elektrischen, thermischen oder mechanischen Eigenschaften realisieren. Während zum Beispiel Metall leitet, kann Kunststoff als Isolation oder Dichtmaterial eingesetzt werden.
• Design- und Produktionsflexibilität: Komplexe Geometrien, wie sie durch eine alleinige Metallumformung nicht realisierbar wären, lassen sich durch das Umspritzen des Kunststoffs produzieren.
• Montageschrittreduzierung: Da Hybridbauteile mehrere Funktionen in einem Bauteil integrieren, reduzieren sie die Anzahl der nötigen Montageschritte.
  Vermeidung von Nachbearbeitung: Der gesamte Produktionsprozess wird durch die Reduzierung von Nachbearbeitungsschritten vereinfacht.
• Kosteneinsparung: Hybridbauteile bieten die Möglichkeit, teure und schwer zu bearbeitende Metallteile teilweise durch Kunststoff zu ersetzen. Dadurch reduzieren sich die Materialkosten und Fertigungskosten.

Spritzgießen zeichnet sich durch seine Vielseitigkeit, Effizienz und reproduzierbare Genauigkeit aus. Es ist ein etabliertes Verfahren zur Herstellung hochpräziser Kunststoffteile und wird in der modernen Kunststoffverarbeitung eingesetzt. Spritzgießen punktet vor allem bei Produkten, die in hohe Stückzahlen mit eng tolerierten Maßhaltigkeiten produziert werden müssen. Beim Spritzgießen wird das thermoplastische Granulat in einem beheizten Zylinder aufgeschmolzen und unter hohem Druck in ein Werkzeug – eine präzise gefertigte Stahlform – eingespritzt. Die Werkzeugform besteht aus zwei Hälften. Nach der Abkühlung des Materials werden die Hälften geöffnet, um das fertige Bauteil zu entnehmen.

Der gesamte Prozess durchläuft mehrere Phasen wie das Plastifizieren, Einspritzen, Nachdrücken, Abkühlen und Entformen. Der Nachdruckphase wird besondere Aufmerksamkeit gewidmet. Sie gewährleistet die Kompensation des Volumenschwundes durch die Abkühlung des Materials. Zusätzlich sichert die Nachdruckphase eine hohe Maßhaltigkeit. Sowohl das Werkzeugdesign als auch die Kühlraten sowie die Zykluszeiten spielen hierbei eine entscheidende Rolle. Sie müssen exakt auf das jeweilige Bauteil abgestimmt werden – so wird eine Verzugsbildung oder Lunkerbildung vermieden.

Folgende thermoplastische Kunststoff eignen sich fürs Kompakt Spritzgießen: Polypropylen (PP), Polyethylen (PE), Polycarbonat (PC) und Polyamid (PA). Diese Materialien stehen für eine hervorragende Fließfähigkeit, mechanische Festigkeit und chemische Beständigkeit. Welcher Kunststoff verwendet wird, hängt von den spezifischen Anforderungen des Produktes ab, wie zum Beispiel die mechanische Belastbarkeit oder die thermische Stabilität.

Spritzgießen bietet eine hohe Präzision und ermöglicht die Herstellung von Kunststoffteilen mit äußerst geringen Toleranzen, wie sie besonders in der Medizintechnik, der Elektronikindustrie und im Fahrzeugbau gefordert wird. Dieses Verfahren ist äußerst produktiv, es steht für eine hohe Automatisierbarkeit und schnelle Zykluszeiten. Komplexe Geometrien und Funktionen, wie Schnapphaken oder Innengewinde, lassen sich problemlos direkt in der Werkzeugform integrieren, dadurch wird die Nachbearbeitung auf ein Minimum reduziert. Durch die Verarbeitung von verschiedensten Thermoplasten können Bauteile für nahezu jede Anwendung maßgeschneidert werden. Auch Werkstoffkombinationen sind möglich, beispielsweise durch Co-Injektion oder Mehrkomponenten-Spritzgießen.