Beschleunigung der Produktion mit kundenspezifischen Silikonformen

Vorteile von Rapid Tooling gegenüber herkömmlichen Metallformen

Silikonformen eliminieren den gesamten Aufwand herkömmlicher CNC-Bearbeitung und reduzieren die Produktionszeit von üblicherweise 2 bis 5 Wochen für Aluminium- oder Stahlwerkzeuge auf etwa 48 bis 72 Stunden. Der Grund für diese Geschwindigkeit? Ein deutlich vereinfachter Arbeitsablauf. Gießen Sie einfach flüssiges Silikonkautschuk (LSR) auf die 3D-gedruckten Originalmodelle, lassen Sie es bei Raumtemperatur aushärten oder stellen Sie es kurz in einen Ofen – und schon ist die Form einsatzbereit, ohne dass nachträgliche Nachbearbeitung erforderlich ist. Für Hersteller bedeutet dies, dass sie die Designvalidierung extrem schnell abschließen, mehrere verschiedene Versionen gleichzeitig testen und ihre Erstmusterprüfungen um bis zu 90 % schneller als mit Metallformen durchführen können. Diese Flexibilität macht entscheidend Unterschied in Branchen, in denen sich alles mit hoher Geschwindigkeit bewegt – etwa der Konsumelektronik oder der Medizintechnik, wo die schnelle Markteinführung eines Produkts oft über Erfolg oder Misserfolg entscheidet.

Reduzierung der Zykluszeit und Effizienz bei der Kleinserienfertigung

Bei Produktionsmengen unter 5.000 Einheiten kann die Silikon-Druckformung die Herstellzeit pro Bauteil im Vergleich zu herkömmlichen Spritzgussverfahren um etwa 15 bis sogar 30 Prozent reduzieren. Der hier benötigte Druck liegt zwischen etwa 50 und 200 psi, was deutlich niedriger ist als der bei Metallformen erforderliche Druck von über 15.000 psi. Aufgrund dieser niedrigeren Drücke erfolgt das Einfüllen der Materialien schneller, und die Abkühlphase ist kürzer, da sich im System insgesamt weniger Wärme ansammelt. Typischerweise benötigen Teile, die mittels Silikon-Druckformung hergestellt werden, zwischen 8 und 12 Minuten pro Zyklus, während solche, die mit metallbasierten Verfahren produziert werden, oft 25 bis 40 Minuten benötigen. Was macht dieses Verfahren effizient? Zunächst einmal ist keine Vorwärmung erforderlich. Die Abkühlung erfolgt natürlich ohne zusätzliche Maßnahmen, und das Entnehmen der Bauteile am Ende ist manuell wesentlich einfacher.

Hersteller, die in einer Schicht 300–500 Spezialdichtungen herstellen, berichten von einer Steigerung der Durchlaufgeschwindigkeit um 63 % bei Verwendung von Silikonformen. Integrierte Entlüftungskanäle reduzieren Lufteinschlüsse zusätzlich, verringern den Nachbearbeitungsaufwand und verbessern die Bauteil-Konsistenz.

Dateneinblick: 40–60 % schnellere Durchlaufzeiten mit Silikon im Vergleich zu Metallwerkzeugen

Im Jahr 2023 untersuchten Forscher, wie effizient Rapid Tooling tatsächlich ist, indem sie etwa 47 verschiedene Fertigungsprojekte in den Branchen Automobil- und Luftfahrtindustrie analysierten. Die Ergebnisse waren beeindruckend: Silikonformen produzierten funktionstüchtige Prototypen etwa 58 Prozent schneller als andere Methoden. Auch die Vorlaufzeiten sanken drastisch, von 34 Tagen auf nur noch 14 Tage. Der größte Teil dieser Zeitersparnis resultierte aus dem Wegfall der teuren EDM-Maschinen, was allein etwa 38 % der gesamten benötigten Zeit einsparte. Auch die Qualitätsprüfungen erforderten insgesamt weniger Aufwand und trugen so zu einer weiteren Verbesserung von 22 % bei. All diese Zahlen verdeutlichen, warum immer mehr Unternehmen auf Silikon für ihre Prototyping-Anforderungen setzen, besonders wenn es darauf ankommt, Produkte schnell auf den Markt zu bringen, statt sich um eine maximale Haltbarkeit zu sorgen.

Geschwindigkeit und Haltbarkeit im Gleichgewicht: Abwägungen bei der Formlebensdauer

Die meisten Silikonformen halten in der Regel etwa 500 bis 2.000 Produktionszyklen durch, was im Vergleich zu Metallformen, die weit über 100.000 Zyklen erreichen können, deutlich schlechter abschneidet. Doch hier ist das, was viele übersehen: Bei kleinen Stückzahlen spielt dieser Unterschied kaum eine Rolle. Betrachten Sie die Zahlen. Eine Silikonform, die etwa 1.200 $ kostet und 500 Teile herstellt, senkt den Preis pro Einheit um rund 40 %, verglichen mit 18.000 $, die für eine Metallform bei derselben Stückzahl anfallen würden. Deshalb entscheiden sich so viele Start-ups und Forschungsabteilungen zunächst für Silikon. Sie testen ihre Ideen mit diesen kostengünstigeren Optionen auf dem Markt, bevor sie bei steigender Nachfrage in teure Metallwerkzeuge investieren. Die gute Nachricht: Jüngste Fortschritte haben die Situation deutlich verbessert. Neuartige, mit Nanopartikeln verstärkte Silikonmischungen verlängern die Lebensdauer der Formen um etwa 22 % und härten dabei immer noch schnell genug aus, um die Produktion nicht wesentlich zu verlangsamen.

Effiziente Kleinserienfertigung mittels Silikon-Druckguss

Vorteile von Silikonformen für begrenzte Produktionsläufe

Für kleine Serien sind Silikonformen eine deutlich kostengünstigere Option im Vergleich zu herkömmlichen Metallwerkzeugen. Unternehmen können etwa zwei Drittel der anfänglichen Einrichtungskosten im Vergleich zu Spritzgussverfahren einsparen. Besonders hervorstechend ist die Flexibilität dieser Formen. Sie ermöglichen es den Herstellern, selbst die kompliziertesten Geometrien – einschließlich schwieriger Hinterschneidungen und empfindlicher dünner Wände – mühelos zu entformen, ohne das fertige Produkt zu beschädigen. Hochwertige Formen halten zudem eine bemerkenswerte Maßhaltigkeit ein und erreichen bei sachgemäßer Pflege eine Toleranz von etwa einem halben Millimeter. Diese Präzision erklärt, warum so viele Hersteller medizinischer Geräte und Automotive-Prototypenwerkstätten auf sie vertrauen. Diese Branchen benötigen Teile, die sofort für Tests funktionieren und strengen Vorschriften genügen, aber noch keine Investition in die Serienproduktion tätigen möchten.

Markteinführungszeit durch integrierte, interne Formenherstellung verkürzen

Wenn Unternehmen die Herstellung von Silikonformen in ihre eigenen Einrichtungen verlegen, verkürzen sie in der Regel die Zeit bis zur Produktvermarktung um etwa drei bis fünf Wochen. Die Unabhängigkeit von externen Werkzeugmachern ermöglicht es Ingenieurabteilungen heutzutage, Formen innerhalb von etwas mehr als einem Tag herzustellen, dank 3D-gedruckter Modelle und herkömmlicher Aushärtöfen, die die meisten Betriebe bereits besitzen. Der eigentliche Durchbruch kommt, wenn Produkte während der Testphasen angepasst werden müssen, da die lokale Verfügbarkeit es Ingenieuren erlaubt, Designänderungen direkt vor Ort vorzunehmen, wodurch die Erstellung verschiedener Versionen beschleunigt wird. Eine Studie aus dem vergangenen Jahr zeigte, dass Teams, die intern mit diesen hochentwickelten Ausrichtesystemen arbeiten, die Formherstellung etwa vierzig Prozent schneller abschließen konnten als externe Anbieter. Für Unternehmen in der Unterhaltungselektronik macht dies besonders bei der Einführung neuer saisonaler Geräte, die eine schnelle Genehmigung vor dem Verkaufsstart benötigen, einen entscheidenden Unterschied aus.

Unterstützung des iterativen Designs mit flexiblen, wiederverwendbaren Formen

Silikonformen halten in der Regel etwa 30 bis vielleicht sogar 50 Einsätze, bevor sie ersetzt werden müssen, und vertragen kleine Designänderungen ziemlich gut von einem Produktionslauf zum nächsten. Dadurch eignen sich diese Formen besonders gut für Start-ups, die an Produkten wie tragbarer Technik oder Hüllen für Smart-Geräte arbeiten, bei denen sich die Designs während der Entwicklung oft ändern. Das Material verhält sich anders als die harten Metallformen, die aus Spritzgusswerkstätten bekannt sind. Mit Silikon können Designer kleinere Anpassungen an Formen und Größen vornehmen, ohne ihre bestehende Werkzeugausstattung entsorgen zu müssen, nur weil eine Änderung notwendig ist. Branchenkenner berichten tatsächlich, dass Unternehmen, die Silikon verwenden, ihre Formen etwa 75–80 % seltener überarbeiten müssen als bei älteren Verfahren. Und das Tolle ist, dass diese Flexibilität auch lange nach dem Markteintritt der Produkte weiterbesteht. Hersteller können beispielsweise problemlos später zusätzliche Funktionen wie kleine Belüftungsöffnungen oder Markenlogos hinzufügen, ohne das bereits investierte Werkzeug komplett ausscheiden zu müssen.

Optimierung des Silikonformgebungsprozesses für maximale Effizienz

Warum manuelles Entformen die gesamten Zeitersparnisse nicht beeinträchtigt

Trotz dessen, was manche über all die ausgeklügelten automatisierten Systeme da draußen denken mögen, stellen viele Betriebe fest, dass die manuelle Entformung bei kleineren Produktionsmengen durchaus ausreicht. Erfahrene Mitarbeiter wissen, wie sie auch komplizierte Teile jeweils innerhalb von zwei bis drei Minuten herausbekommen. Das erscheint nicht viel zusätzliche Zeit zu sein, wenn man bedenkt, wie viel schneller die Materialien aushärten, ohne vorher erwärmt werden zu müssen. Ein weiterer großer Vorteil? Wenn Menschen die Formen selbst bearbeiten, anstatt auf Roboter zu setzen, behandeln sie diese sorgfältiger. Studien zeigen, dass dieser Ansatz laut einer im vergangenen Jahr in Nature veröffentlichten Untersuchung Schäden an den Formen und Nacharbeiten um etwa 17 Prozent reduziert.

Verbesserung des Materialflusses und der Aushärtezeit in kundenspezifischen Formen

Moderne Simulationswerkzeuge prognostizieren das Fließverhalten von Silikon mit einer Genauigkeit von 92 % und ermöglichen es Ingenieuren, die Angussposition, den Verteilerkanal-Design und die Entlüftung zu optimieren, um Lufteinschlüsse zu vermeiden. Diese Verbesserungen reduzieren die Aushärtezeit um 25–40 %, während gleichzeitig die Maßhaltigkeit erhalten bleibt. Die Anpassung wesentlicher Parameter steigert die Effizienz insgesamt:

Diese Verbesserungen wirken besonders effektiv in Kombination mit Silikonverbindungen mit hoher Wärmeleitfähigkeit, die die Wärmeabfuhr beschleunigen.

Fallstudie: Fahrzeugsensorgehäuse in 72 Stunden hergestellt

Kürzlich hat es einer dieser namhaften Automobilzulieferer geschafft, mithilfe maßgeschneiderter Silikonformen innerhalb von nur drei Tagen 500 Sensorgehäuse herzustellen. Das ist etwa 70 Prozent schneller als mit herkömmlichen Metallwerkzeugen möglich wäre. Möglich gemacht hat dies der Einsatz konformer Kühlkanäle sowie spezieller Silikonmaterialien mit besserer Wärmebeständigkeit. Diese Verbesserungen reduzierten die Zykluszeit auf etwa 45 Sekunden pro Bauteil, und das bei einer hohen Präzision von ±0,05 Millimetern. Die schnelle Produktion sorgte dafür, dass die Teile genau zum richtigen Zeitpunkt für eine Prototyp-Produktionslinie bereitstanden. Diese Art von Geschwindigkeit zeigt, warum immer mehr Hersteller heutzutage auf Silikonformen setzen, insbesondere bei Projekten, bei denen der Zeitfaktor entscheidend ist.

Vorvernetzungssimulation zur Minimierung von Versuch-und-Irrtum-Zyklen

FEA-Tools werden heutzutage ziemlich gut darin, vorherzusagen, wie Silikon aushärtet, mit einer Genauigkeit von etwa 94 % in den meisten Fällen. Das bedeutet, dass Unternehmen weniger physische Prototypen erstellen müssen, wodurch sich die Testläufe um etwa 60 bis sogar 75 Prozent verringern lassen. Ingenieuren ermöglicht dies, ungefähr 15 bis 20 verschiedene Kombinationen hinsichtlich Materialien, Temperatoreinstellungen und Formdesigns zu testen, bevor überhaupt ein greifbares Produkt hergestellt wird. Virtuelle Tests beschleunigen den Prozess ebenfalls erheblich und verkürzen Entwicklungszyklen, die normalerweise Monate dauern würden, um zwei oder drei Wochen. Und die Erfolgsquote, wenn schließlich die Produktion startet? Deutlich besser als zuvor, insbesondere bei komplexen Bauteilen wie Fluidverteilerstücken oder jenen schwierigen, dicht verschlossenen Gehäusen, die während der Erstprüfung stets Probleme verursachen.

Trends im halbautomatisierten Nachbearbeitungsprozess für anhaltende Geschwindigkeit

Die Kombination aus robotergestütztem Entgraten, das etwa 3 Sekunden pro Bauteil dauert, und manuellen Kontrollen nach bewährter Methode hält die Erstpass-Quote bei etwa 98 %, was angesichts der vielen filigranen Details sehr gut ist. Roboter übernehmen die langweiligen Aufgaben beim Gratentfernen, aber Menschen müssen weiterhin genau jene kritischen Bereiche wie dünne Wände und Hinterschneidungen prüfen, in denen vollautomatische Systeme oft Probleme verursachen. Diese Mischung aus Technik und menschlichem Eingreifen funktioniert gut, um die Zeitvorteile aus der Formgebungsphase beizubehalten. Außerdem ist dies sinnvoll, wenn Unternehmen ihre Produkte von reinen Prototypen zu kleineren Serienfertigungen überleiten möchten, ohne die Kontrolle über die Qualitätsstandards zu verlieren.

Eigene Silikonform-Herstellung: Mehr Kontrolle über Geschwindigkeit und Iteration

Vorteile der internen Entwicklung maßgeschneiderter Silikonkautschukformen

Die interne Herstellung von Silikonformen verkürzt die Wartezeiten um etwa 70 % im Vergleich zur Auslagerung an Dritte, wie Hersteller kürzlich berichteten. Ein Team mit nur wenigen 3D-Druckern und einfacher Misch- und Aushärtungsausrüstung kann funktionstüchtige Prototypen innerhalb eines oder zwei Tage fertigstellen. Die unmittelbare Verfügbarkeit der Formwerkzeuge macht während der Testläufe für das Pressformen einen entscheidenden Unterschied. Bedenken Sie: Bei der Entwicklung von Bauteilen für chirurgische Instrumente oder kleine Sensorgehäuse, bei denen es auf Maßgenauigkeit ankommt, spart die sofortige Anpassung von Konstruktionen Zeit und Geld. Außerdem gibt es einen weiteren Vorteil, über den kaum gesprochen wird, der aber heutzutage allen am Herzen liegt – die Sicherheit sensibler Konstruktionsdaten sowie die Vermeidung des Aufwands und der Kosten, die mit dem Hin- und Herschicken von Formen zwischen verschiedenen Standorten verbunden sind.

Das Abwägen managen: Höherer anfänglicher Arbeitsaufwand für langfristige Reduzierung der Lieferzeiten

Die manuelle Herstellung von Silikonformen erfordert einige ziemlich erfahrene Arbeiter, die sich mit Entgasung, korrektem Gießen der Materialien und präzisen Schnitten auskennen. Doch all diese Mühe lohnt sich, da diese Formen mehrfach wiederverwendet werden können und den gesamten Konstruktionsprozess beschleunigen. Wie verschiedene Branchenexperten berichten, können hochwertige Silikonformen typischerweise etwa 15 bis sogar 20 brauchbare Teile herstellen, bevor sie Verschleißerscheinungen zeigen. Zudem halten sie sehr enge Toleranzen ein und liegen meistens innerhalb einer Genauigkeit von etwa einem halben Millimeter. Das ist besonders in Branchen wie der Automobilfertigung wichtig, wo Lieferanten Sensorgehäuse und Steckverbinder-Designs schnell anpassen müssen, ohne Verzögerungen weiter unten in der Produktionslinie zu verursachen.

Häufig gestellte Fragen

Welche Hauptvorteile bieten Silikonkautschukformen im Vergleich zu Metallformen?

Silikonformen bieten im Vergleich zu herkömmlichen Metallformen schnellere Produktionszeiten, geringere Kosten und mehr Flexibilität bei Designänderungen. Sie sind besonders vorteilhaft für die Kleinserienfertigung und den schnellen Prototypenbau.

Wie tragen Silikonformen zu schnelleren Produkt-Einführungen bei?

Dadurch, dass die Formen intern hergestellt werden können und schnelle Anpassungen möglich sind, verringern Silikonformen die Abhängigkeit von externen Werkzeugmachern und beschleunigen so den Entwicklungs- und Prototyping-Prozess.

Welche Kompromisse hinsichtlich der Haltbarkeit bestehen zwischen Silikon- und Metallformen?

Obwohl Silikonformen eine kürzere Lebensdauer als Metallformen haben, sind sie für kleine Produktionsmengen kosteneffizienter und ermöglichen erhebliche Einsparungen.

Können Silikonformen komplexe Designs verarbeiten?

Ja, Silikonformen sind in der Lage, komplexe Formen und feine Details herzustellen, wodurch sie ideal für Branchen sind, die Präzision in kleinen Stückzahlen erfordern, wie beispielsweise Medizintechnik und Automobilprototypen.