Das Silikon-Transfer-Molding wird oft als ein ausgewogenes Verfahren beschrieben.
Aus unserer Sicht in der Fabrikhalle geht es bei STM weniger um Ausgewogenheit als vielmehr um Kontrolle.
Wir greifen üblicherweise auf Transferformung zurück, wenn das Kompressionsformen unberechenbar wird und Spritzgießen für die Stückzahl unnötig oder zu teuer erscheint. Die meisten STM-Projekte haben eine klare Anforderung: Das Bauteil muss auf Anhieb fehlerfrei sein, nicht erst nach mehreren Montage- oder Korrekturschritten.
Dieser Artikel erklärt STM nicht so, wie es in Lehrbüchern geschieht. Er erklärt vielmehr, wie sich STM tatsächlich bei Formversuchen, Kleinserienfertigung und realen Kundenprojekten verhält.
Was ist Silikon-Transfer-Molding?
Beim Silikon-Transfer-Formverfahren (STM) wird ungehärtetes Silikon aus einem Transfertopf unter Druck in eine geschlossene, beheizte Form gepresst und anschließend zu seiner endgültigen Form ausgehärtet.
In der Praxis wird STM selten nur deshalb gewählt, weil ein Bauteil komplex ist.
Diese Methode wird gewählt, weil das Bauteil keine ungleichmäßige Füllung, Bewegungen des Einsatzes oder Maßabweichungen toleriert.
STM wird am häufigsten für medizinische Griffe, Elektronikgehäuse und Silikonteile eingesetzt, die direkt auf Metall- oder Kunststoffeinsätze gegossen werden. Bei diesen Teilen stößt das Kompressionsformen an seine Grenzen, was eine gleichmäßige Füllung angeht, und das Spritzgießen verursacht zusätzliche Kosten und Komplexität ohne klare Vorteile.
Wie das Silikon-Transferformverfahren in der Werkstatt funktioniert
Formvorbereitung
Wenn ein im Transferformverfahren hergestelltes Teil die Qualitätskontrolle nicht besteht, wird die Ursache oft schon Wochen zuvor, während der Werkzeugkonstruktion, gefunden.
Wir arbeiten sowohl mit Stahl- als auch mit Aluminiumformen. Stahl kommt zum Einsatz, wenn Langzeitstabilität wichtig ist. Aluminium ist bei frühen Musterfertigungen üblich, da es die Lieferzeit verkürzt. Unabhängig vom Material müssen STM-Formen jedoch anders konstruiert werden als Kunststoffwerkzeuge.
Wir haben Projekte gesehen, bei denen auf dem Papier alles stimmte, die Formtoleranzen für Silikon aber schlichtweg zu eng waren. Die Folge waren übermäßiger Grat an einer Stelle und unvollständige Füllung an einer anderen. Seitdem behandeln wir STM-Formen nicht mehr wie einfache Spritzgussformen. Das sind sie nicht.
Vor Produktionsbeginn werden die Formen gereinigt und mit Trennmitteln beschichtet. Dieser Schritt klingt routinemäßig, doch wird er ausgelassen oder die falsche Beschichtung verwendet, führt dies häufig zu Anhaftungen und Oberflächenfehlern, die erst nach mehreren Zyklen sichtbar werden.
Materialvorbereitung
STM verwendet hauptsächlich hochkonsistenten Gummi (HCR). Ein Grund dafür ist einfach: HCR verhält sich unter Übertragungsdruck vorhersagbarer, insbesondere bei Verwendung von Einsätzen.
Mischungsverhältnisse liegen je nach Verbindung üblicherweise zwischen 10:1 und 20:1. Theoretisch erscheint eine kleine Abweichung nicht gravierend. In der Praxis zeigen sich Fehler im Mischungsverhältnis jedoch oft nicht sofort.
Wir haben einmal eine Charge hergestellt, bei der das Mischungsverhältnis leicht abwich. Die Teile ließen sich sauber entformen und sahen akzeptabel aus. Erst bei der Endkontrolle stellten wir eine Härteabweichung innerhalb desselben Formhohlraums fest. Das reichte aus, um die Charge als ungenügend zu bewerten.
Seitdem betrachten wir das Mischen von Materialien als einen kontrollierten Prozess, nicht als einen Vorbereitungsschritt. Stimmt das Mischungsverhältnis nicht, lässt sich dies durch keine nachgelagerte Anpassung vollständig korrigieren.
Nach dem Anmischen wird das Silikon in den Transfertopf gegeben. Vorwärmen macht hier einen deutlichen Unterschied. Kaltes Material zwingt uns, den Druck zu erhöhen, was meist neue Probleme verursacht, anstatt die Fließprobleme zu lösen.
Transferphase
Sobald die Form geschlossen ist, drückt der Kolben das Silikon in die Kavitäten. Typische Drücke liegen zwischen 500 und 2.000 psi.
Eine gängige Annahme ist, dass höherer Druck die Füllung verbessert. Im STM-Verfahren trifft dies nur teilweise zu. Wird Druck eingesetzt, um eine unzureichende Entlüftung auszugleichen, führt dies häufig zu mehr Grat und verschobenen Einsätzen.
Wir achten sehr genau auf die Konstruktion von Ventilen und Abluftöffnungen. Wenn in jedem Zyklus an derselben Stelle Luftblasen auftreten, liegt die Ursache fast nie im Material. Meist handelt es sich um eingeschlossene Luft, die nicht entweichen kann.
Ein guter Materialfluss wird durch Temperaturkontrolle und Werkzeugkonstruktion erreicht, nicht durch rohe Gewalt.
Aushärtung
Die Aushärtungstemperaturen liegen üblicherweise zwischen 150°C und 200°C, wobei die Zykluszeiten je nach Bauteildicke variieren.
Bei dünnen Teilen verläuft die Aushärtung schnell und unkompliziert. Bei dickeren oder strukturellen Teilen ist die Aushärtungszeit jedoch entscheidend. Wir empfehlen daher häufig eine Nachhärtung bei ca. 200 °C über mehrere Stunden, insbesondere für medizinische Anwendungen oder Hochtemperaturanwendungen.
Das Weglassen der Nachhärtung spart zwar Zeit in der Produktion, führt aber häufig Monate später zu Druckverformungsresten oder mechanischen Mängeln. Diese Probleme sind dem Kunden deutlich schwerer zu erklären als ein längerer Aushärtungsprozess von Anfang an.
Entformung
Das Entformen ist einer jener Arbeitsschritte, die selten Beachtung finden, bis etwas schiefgeht.
Die Auswerferstifte müssen sorgfältig platziert werden. Zu viel Kraft oder eine ungenaue Platzierung können weiches Silikon verformen oder sichtbare Spuren hinterlassen. Bei empfindlichen Teilen verwenden wir mitunter ein vakuumunterstütztes Entformungsverfahren, um die Belastung beim Entformen zu reduzieren.
Wenn ein Teil in diesem Stadium beschädigt wird, kann auch eine noch so gute Formgebung im weiteren Produktionsverlauf es nicht mehr retten.
Nachbearbeitung
Gratbildung ist beim STM üblich. Die typische Gratdicke liegt je nach Formpassung und Schließkraft zwischen 0,05 mm und 0,2 mm.
Bei der Fertigung großer Stückzahlen setzen wir häufig kryogenes Entgraten ein. Bei sichtbaren Teilen oder Kleinserien ermöglicht das manuelle Nachbearbeiten eine bessere Kontrolle. Oberflächenbehandlungen wie Plasmaaktivierung kommen zum Einsatz, wenn Kleben oder Beschichten erforderlich ist.
Diese Schritte werden bei der Angebotserstellung oft unterschätzt, spielen aber eine wichtige Rolle für das endgültige Erscheinungsbild und die Konsistenz.
Materialauswahl: Warum HCR immer noch der Standard ist
HCR bleibt der primäre Werkstoff für STM, da er eine bessere Reißfestigkeit und Dimensionsstabilität unter Druck bietet.
Die Härte liegt üblicherweise zwischen 30 und 80 Shore A. Weichere Materialien fließen leichter, erfordern aber eine bessere Entlüftung. Härtere Materialien behalten ihre Form besser, benötigen jedoch eine präzisere Temperatur- und Druckregelung.
Für Anwendungen im medizinischen Bereich und bei Lebensmittelkontakt sind zertifizierte Verbindungen Standard. Wir überprüfen das Aushärtungsverhalten stets in realen Versuchen und nicht nur anhand von Datenblättern.
Prozessparameter, die die Ausbeute beeinflussen
Aus unseren Produktionsdaten geht hervor, dass folgende Parameter am empfindlichsten sind:
- Übertragungsdruck: 500–2.000 psi
- Formtemperatur: 150–200 °C
- Übertragungsgeschwindigkeit: Zu schnelles Aushärten schließt Luft ein, zu langsames Aushärten birgt die Gefahr vorzeitiger Aushärtung.
- Aushärtungszeit: Zeitmangel führt oft zu weichen Kernen
Wenn diese Parameter abweichen, treten Defekte schnell auf.
Gestaltungsrichtlinien, die später Zeit sparen
Eine gleichmäßige Wandstärke ist nach wie vor die zuverlässigste Regel. Plötzliche Wandstärkenänderungen führen häufig zu unvollständiger Füllung oder inneren Spannungen.
Die Platzierung von Anguss und Verteilerkanal sollte einen gleichmäßigen Materialfluss ermöglichen und nicht nur den kürzesten Weg gewährleisten. Einsätze sollten nach Möglichkeit mechanisch fixiert werden. Sich allein auf den Silikonfluss zur Fixierung der Einsätze zu verlassen, führt in der Regel zu Ausrichtungsproblemen.
Gutes Design reduziert Ausschuss effektiver als aggressive Parameteranpassungen.
Qualitätskontrolle: Probleme frühzeitig erkennen
Zu den häufigsten STM-Defekten gehören Luftblasen, unvollständige Schüsse, übermäßiger Grat und unzureichende Aushärtung.
Wir prüfen routinemäßig Härte, Zugfestigkeit und Abmessungen. Bei medizinischen und elektronischen Bauteilen gewährleisten zusätzliche Validierungen die langfristige Leistungsfähigkeit.
Die meisten Defekte lassen sich auf Konstruktionsmängel der Entlüftung oder auf Instabilität der Parameter zurückführen, nicht auf die Materialqualität.
Vorteile und Einschränkungen im praktischen Einsatz
Was STM gut kann
- Gleichmäßige Füllung für komplexe Geometrien
- Zuverlässiges Einlegeverfahren ohne sekundäre Montage
- Angemessene Werkzeugkosten für mittlere Stückzahlen
Wo die STM ihre Grenzen hat
- Längere Aushärtungszeiten als beim Spritzgießen
- Materialabfälle von Gusseisen und Übergabegefäßen
- Stärkere Abhängigkeit von Formen- und Prozesskompetenz
STM funktioniert am besten, wenn Präzision und Zuverlässigkeit wichtiger sind als reine Geschwindigkeit.
Typische Anwendungsfälle, die wir bearbeiten
STM wird häufig verwendet für:
- Komponenten für medizinische Geräte
- Elektronische Verkapselungen
- Industriedichtungen mit Einsätzen
- Spezialisierte Konsumgüter
Ihre Stärke liegt in der Herstellung von Teilen, die nicht nur gut aussehen, sondern auch zuverlässig funktionieren müssen.
Transferformverfahren im Vergleich zu anderen Silikonformverfahren
Transfer vs Formpressen
Das Formpressen ist kostengünstig für einfache, dicke Teile. Das Transferformen bietet eine bessere Fließkontrolle und Einlegeintegration für Präzisionsbauteile.
Transfer vs Spritzguss
Spritzgießen eignet sich hervorragend für die automatisierte Massenproduktion. Transferformen ist flexibler und kostengünstiger für mittlere Stückzahlen mit HCR-Werkstoffen.
Häufig gestellte Fragen
Wie viel kostet STM?
Die Kosten hängen von der Komplexität und dem Volumen des Bauteils ab. STM liegt hinsichtlich der Gesamtkosten üblicherweise zwischen Kompressions- und Spritzgussverfahren.
Wie lange dauert ein STM-Zyklus?
Der Transfer selbst geht schnell vonstatten, die Aushärtung dauert jedoch in der Regel 1 bis 15 Minuten, abhängig von der Dicke und dem Material.
Ist STM für medizinische Geräte geeignet?
Ja. STM wird aufgrund der Materialstabilität und der Möglichkeit des Einlegeverfahrens häufig für medizinische Bauteile eingesetzt.
Wie unterscheidet sich STM vom Spritzgießen?
STM arbeitet mit niedrigerem Druck und eignet sich für mittlere Stückzahlen und komplexe Teile. Spritzgießen ist ideal für die automatisierte Massenproduktion.
Abschluss
Silikon-Transferformverfahren werden nicht gewählt, weil sie modern oder einfach sind. Sie werden gewählt, weil sie spezifische Probleme lösen, mit denen andere Formgebungsverfahren zu kämpfen haben.
Wenn Werkzeugkonstruktion, Materialauswahl und Prozesssteuerung korrekt durchgeführt werden, liefert STM konsistente, leistungsstarke Teile mit weniger Überraschungen im weiteren Verlauf.
Wir arbeiten seit Jahren mit Silikonformteilen in verschiedensten Branchen. Wenn Sie STM für Ihr Produkt evaluieren oder verschiedene Formgebungsoptionen vergleichen, besprechen wir Ihr Projekt gerne auf Basis realer Produktionsbedingungen und nicht auf Basis von Annahmen.
