Blitzfrei LSR Bauteile sind für Anwendungen in der Medizintechnik, der Luft- und Raumfahrt sowie für Dichtungsanwendungen mit hohen Zuverlässigkeitsanforderungen unerlässlich, doch ihre gleichbleibende Qualität zu erreichen, bleibt eine Herausforderung. Dieser Artikel konzentriert sich auf die zwei Hauptfaktoren für den Erfolg – extrem enge Werkzeugtoleranzen und präzise abgestimmte Vakuumlogik – und streift dabei unterstützende Aspekte wie Geometrie, Kaltkanalsysteme und die tägliche Prozesskontrolle. Ziel ist es, praxiserprobte Ansätze vorzustellen, die sich in der realen Produktion bewährt haben.
Sekundäres Trimmen – Der versteckte Kostentreiber
Manuelles Entgraten und die Prüfung unter Vergrößerung (100%) stellen oft den größten variablen Kostenfaktor bei der Silikonformung in den USA dar. Bei kleineren medizinischen Dichtungen, Mikrodichtungen oder Sensorkomponenten können die Kosten für das Nachbearbeiten zuzüglich der damit verbundenen Gemeinkosten 40–60% der Endkosten des Bauteils ausmachen. In einem von uns betreuten Programm zur Herstellung von Dichtungen für Atemwegsventile erforderte die ursprüngliche Form bei jedem Produktionslauf eine komplette Schicht Nachbearbeitung. Nach gezielten Überarbeitungen konnte dieser Arbeitsschritt innerhalb von zwei Monaten eliminiert und die Stückkosten deutlich gesenkt werden.
In regulierten Branchen ist Nachbearbeitung kaum möglich. Abgelöste Gratfragmente in Implantaten können schwerwiegende Biokompatibilitäts- oder mechanische Probleme verursachen. Bei Dichtungsanwendungen kann selbst eine nur 0,01 mm dünne Überlaufkante Leckagen oder Verschleißstellen hervorrufen, die die Qualifizierungsanforderungen nicht erfüllen. Gratfrei bedeutet, dass die Trennlinie unter 30- bis 40-facher Vergrößerung keinen Materialaustritt zeigt – sauber, glatt und gleichmäßig.
LSR-Strömungsverhalten und das enge Steuerfenster
Während Injektion, Die Viskosität von LSR sinkt unter 500 cP, wodurch es Spalten von nur 0,005 mm Größe nahezu sofort durchdringen kann. Im Gegensatz dazu TPU oder TPE, LSR, die schnell scherverdicken und eine gewisse Toleranz an der Trennlinie bieten, bleiben flüssig, bis die platinkatalysierte Vernetzung spät im Zyklus einsetzt.
Einspritzdrücke von 80–150 bar (bei Mikrostrukturen höher) gewährleisten eine vollständige Füllung, verursachen aber auch eine leichte Verformung der Formplatte – bekannt als Formatmung. Diese mikroskopische Öffnung entsteht genau dann, wenn das Material noch beweglich ist. Formen mit einem Spaltmaß von unter 3 μm bei Raumtemperatur weisen bei einer Betriebstemperatur von 170–200 °C häufig Gratbildung auf, sofern die Unterschiede in der Wärmeausdehnung zwischen Kern und Kavität nicht gezielt kompensiert werden.
Säule I – Einhaltung der Abschalttoleranz von 5 Mikrometern
Die Wahl des Stahls bildet die Grundlage. ESR-umgeschmolzener S136 oder hochwertiger H13, verarbeitet mit mehreren Anlasszyklen, liefern die für lange Serien erforderliche Dimensionsstabilität.
Die Wärmeausdehnung ist ein konstanter Faktor. Werkzeugstahl dehnt sich pro Meter und 100 °C Temperaturanstieg um etwa 11–13 µm aus. Bei einem Formgrund von 300 mm ergibt sich beim Übergang von Umgebungs- zu Betriebstemperatur eine Gesamtausdehnung von 0,05–0,07 mm. Selbst geringfügige Abweichungen in der Erwärmungsgleichmäßigkeit oder den Stahleigenschaften zwischen Kern und Formhohlraum können dazu führen, dass sich die Abdichtung auf einer Seite öffnet, während sie sich auf der anderen Seite schließt.
Die thermische FEA in der Entwurfsphase hilft bei der Vorhersage von Bewegungen, die eigentliche Kalibrierung erfolgt jedoch durch Temperaturmessungen während des Pressvorgangs, gefolgt von Feinjustierungen der Geometrie – typischerweise 0,002–0,004 mm Versatz an den Trennflächen. Die Bearbeitung nutzt 5-Achs-Nanopräzisionsfräsen zum Schruppen, anschließend Drahterodieren oder optisches Profilschleifen an den Absperrbändern, um eine Oberflächenrauheit (Ra) von <0,02 μm zu erreichen. Rauhere Oberflächen erzeugen Austrittswege, die LSR schnell nutzt.
Geometrische Anpassungen zur Beseitigung von Blitzlicht
Bei einem Kundenprojekt handelte es sich um einen umspritzten Silikonbalg mit scharfen Innenkanten, die den Druck konzentrierten und an jedem Übergang zu Gratbildung führten. Nach einer einzigen Formüberarbeitung ergaben sich folgende Änderungen:
| Aspekt | Originaldesign | Überarbeitetes Design | Ergebnis |
| Eckradien | 0,2 mm scharfe Übergänge | Mindestradien von 0,6–0,8 mm | Der Spitzendruck wurde um 22–28% reduziert. |
| Wandstärkenübergänge | Abrupte Stufen (0,4 bis 1,2 mm) | 15° allmähliche Verjüngung über 2,5 mm | Kein Düsenaufprall, gleichmäßigerer Strömungsfront |
| Torplatzierung | Einseitiges Tor im dicken Querschnitt | Zwei symmetrische Lüftertore | Gleichmäßige Befüllung, schnellere Verpackung mit 15% |
| Blitzschlag | 62% Teile mussten gekürzt werden | Im Wesentlichen Null | Trimmen entfällt |
| Zykluszeit | 52 Sekunden | 41 Sekunden | Durchsatzverbesserung 21% |
Diese geringfügigen Geometrieänderungen ermöglichten sauberere Teile und schnellere Produktionszyklen.
Säule II – Vakuumlogik und Timing
Die Entlüftungstiefe stellt einen klassischen Kompromiss dar. Konventionelle Entlüftungstiefen von 10–20 μm ermöglichen Blitzentladungen; geringere Tiefen von 2–4 μm bergen das Risiko von Lufteinschlüssen, Verbrennungen oder unvollständigen Schüssen, sofern kein effektives Vakuum erzeugt wird.
Die Vorvakuumerzeugung beginnt, sobald die Schließkraft 70–80% erreicht, und entfernt so den Großteil der Luft aus dem Formhohlraum, bevor das Material eingebracht wird. Ein stufenweises Vakuum, ausgelöst durch die Schraubenposition oder den Formhohlraumdruck, ermöglicht eine präzisere Steuerung: Ein starker Sog bei etwa 60% Füllstand, gefolgt von einem kurzen Hochvakuumimpuls nahe 95% Füllstand, um verbleibende Hohlräume zu entfernen, ohne Silikon in die Entlüftungsöffnungen zu ziehen.
Perimeterdichtungsringe – eine schmale Nut außerhalb des Hohlraums, die mit Vakuumkanälen verbunden ist – haben sich als zuverlässig erwiesen. Sie gewährleisten eine sichere Metall-auf-Metall-Abdichtung und bieten gleichzeitig einen kontrollierten Abgasweg. In einem medizinischen Mehrkavitäten-Gehäuse reduzierte diese Funktion die Anzahl der durch den Blitz verursachten Ausschussteile von 181 TP3T auf unter 11 TP3T und hielt dieses Niveau auch nach über 100.000 Schüssen aufrecht.
Kaltlaufsysteme – Wirtschaftliche Realität
Kaltkanalsysteme eliminieren den Ausschuss an ausgehärtetem Kanalmaterial (typischerweise 30–601 TP3T Schussgewicht) und verkürzen die Zykluszeit um 15–301 TP3T. Beispiel für ein repräsentatives Mikroversiegelungsprogramm mit 500.000 Teilen pro Jahr:
- Konventionelles Werkzeug: $85k Werkzeugkosten, ~12% Materialverschwendung, 48 s Zyklus, Nachbearbeitung erforderlich
- Kaltkanalform: $102k Werkzeugmaterial (+$17k), <2% Abfall, 36 s Zyklus, kein Beschneiden
Im typischen Platinhärtung Durch die Einsparungen bei den LSR-Preisen und dem Material amortisierten sich die Mehrkosten in etwa 4,5 Monaten. Unter Berücksichtigung der Einsparungen bei den Arbeitskosten und der verbesserten Auslastung der Presse verkürzt sich die Amortisationszeit oft auf 3–4 Monate.
Die Gesamtkosten sind ein aussagekräftigerer Indikator als der Werkzeugpreis. Ein gut konstruiertes gratfreies Werkzeug mag zwar anfänglich 25–401 TP3T mehr kosten, vermeidet aber Ausschuss, Nacharbeit und Verzögerungen bei der Validierung.
Prozessdisziplin zur Verhinderung schleichender Abweichungen
Die druckgesteuerte V/P-Umschaltung bei einem Füllstand von 95–981 TP3T verhindert Überfüllung und gewährleistet gleichzeitig eine detailgetreue Wiedergabe. Die gleichmäßige Formtemperatur von ±2 °C über alle Oberflächen verhindert lokale Ausdehnungen, die zu einseitigem Grat führen; Wärmebildaufnahmen während der Inbetriebnahme bestätigen die gleichmäßige Erwärmung.
Absperrflächen müssen alle 40.000 bis 60.000 Schüsse gereinigt werden. Silikonrückstände und Trennmittel bilden dünne Schichten, die die vorgesehenen Abstände überschreiten können. Regelmäßige Ultraschallreinigung, Abwischen mit Lösungsmittel und mikroskopische Inspektion verhindern das langsame Wiederauftreten von Blitzen.
Abschluss
Das gratfreie LSR-Spritzgießen erfordert die präzise Abstimmung von Werkzeugtoleranzen, Vakuumstrategie, Geometrieoptimierung und konsistenter Prozesssteuerung. Sind diese Elemente optimal aufeinander abgestimmt, entfallen Nachbearbeitungsschritte, Qualitätsrisiken sinken und die Wirtschaftlichkeit verbessert sich deutlich.
