Immer häufiger werden Kunststoffwerkstücke aus mehreren Komponenten hergestellt. Das liegt vor allem an dem Bemühen, einbaufertige Serienteile aus einem Spritzgießwerkzeug zu erhalten.

Der 2k-Spritzguss ist äußerst effizient und die Eigenschaften der Werkstoffe können noch besser genutzt werden. Bei diesem Verfahren werden unterschiedliche Materialien nacheinander in das Werkzeug eingespritzt. Die Verbindung der Komponenten erfolgt hierbei auf unterschiedliche Art und Weise. Der Erfolg der Verbindung hängt von Faktoren wie Formteilgeometrie, Verbindungseigenschaften der Kunststoffe und den Verarbeitungsparametern im Spritzguss ab.
Hinzu kommen wirtschaftliche und logistische Vorteile. 2k-Spritzguss-Bauteile werden in in einem Fertigungsablauf produziert, sodass kein Aufwand für Montage und Nachbearbeitung entsteht.

Verfahren im Überblick

Beim 2k-Spritzguss existieren verschiedene Techniken (Mehrkomponenten-Verfahren mit scharf getrennten Komponenten und Mehrkomponenten-Verfahren mit ineinander verlaufenden Komponenten), die eine Gemeinsamkeit haben: Es werden Spritzgießmaschinen mit zwei oder mehreren Spritzeinheiten, aber nur mit einer Schließeinheit benötigt. Auf diese Weise können die Spritzgussteile wirtschaftlich mit nur einem Werkzeug in einem einzigen Arbeitsgang hergestellt werden.

1. Mehrkomponenten-Verfahren mit scharf getrennten Komponenten

Bei diesem Verfahren entstehen Teile mit streng voneinander getrennten Komponentenbereichen. Dafür wird zunächst ein unfertiger Vorspritzling erzeugt, der in einem weiteren Schritt mit einer anderen Schmelze überspritzt wird (Overmoulding). Die Teilgeometrie bestimmt die Auswahl der jeweiligen Technik.

• Umsetztechnik (Umsetzen des unfertigen Spritzlings mithilfe von Robotern, Bedienpersonen oder eines Handlinggeräts, z. B. bei Sichtscheiben in Gerätegehäusen zur Anwendung)
• Dreh- und Verschiebetechnik (Verschieben oder Drehen eines Werkzeugteils in eine neue Position, z. B. für Zahnbürsten, Teile mit weicher Oberfläche und hartem Träger, mehrfarbige Lichtscheiben von Fahrzeugen)
• Kernrückzugtechnik (Zurückziehen eines Kerns, um Raum für die neue Komponente zu schaffen, z. B. für Gerätegehäuse mit verschiedenfarbigen Bereichen)

Bezüglich der verwendeten Komponenten gibt es folgende Verfahren:

• Mehrfarben-Verfahren (unterschiedliche Farben des gleichen Werkstoffes werden in einem Teil verarbeitet, z. B. für mehrfarbige Autorückleuchten oder Tastaturen)
• Mehrkomponenten-Verfahren (unterschiedliche Werkstoffe wie Hart-Weich-Verbindungen werden in einem Teil verarbeitet, z. B. Verschlusskappen mit angespritzten Weichdichtungen)

2. Mehrkomponenten-Verfahren mit ineinander verlaufenden Komponenten

Bei diesem Verfahren werden alle Komponenten eingespritzt, ohne dass die erste Komponente zuvor erstarrt ist. Dadurch entstehen unscharfe Grenzen. Hier kommen verschiedene Verfahren zur Anwendung:

• Sandwich-Verfahren (Bei diesem Verfahren entstehen meist Teile, bei denen die Komponente nicht sichtbar ist, die im Inneren liegt. Häufig wird bei diesem Verfahren Recyclingmaterial als unsichtbarer Bestandteil eingesetzt. Als Außenhaut wird hochwertiges Material eingesetzt, z. B. für Teile, bei denen innere Komponente nicht sichtbar ist, weil sie vom Außenmaterial umhüllt ist)
• Koinjektion
• Marmorierung (Hier sind die wechselnden Komponenten – gleicher Werkstoff in unterschiedlichen Farben – auch an der Oberfläche sichtbar. Dies wird durch wechselnd einsetzende Spritzaggregate erreicht, z. B. für farbige Kunstblumenblätter und Kunstschmuck)

Das passende Werkzeug

Beim 2k-Spritzguss werden zum einen konventionelle Standard-Spritzgussmaschinen verwendet, die einen Vorspritzling aus Kunststoff herstellen. Dieser Vorspritzling wird von Hand oder mit einem Handling-System in das zweite Werkzeug auf der zweiten Spritzgussmaschine umgesetzt. Bei größeren Produktionsmengen werden Mehrkavitätenwerkzeuge eingesetzt.

Für eine höhere Rationalisierung kommen unter anderem ein 2k-Drehwerkzeug und eine 2k-Spritzgussmaschine zum Einsatz, die mit zwei Einspritzeinheiten für die für beiden Komponenten ausgestattet ist. Dabei entsteht in der ersten Werkzeugstation der Vorspritzling. Danach öffnet sich das Werkzeug und dreht sich auf einer Indexplatte. Auf diese Weise gelangt der Vorspritzling in die zweite Kavität. Das Werkzeug schließt und der zweite Kunststoff wird eingespritzt. Nach dem Abkühlen kann das fertige 2k-Teil entnommen werden. 2k-Spritzguss gehört damit zu den effektivsten und wirtschaftlichsten Spritzverfahren für Kunststoff.

2k-Spritzgussteile – Verwendung in vielen Bereichen

Die Einsatzgebiete sind sehr vielfältig und erstrecken sich über fast alle Industriesegmente wie:

• Automobilindustrie (z. B. Türschlossmodul mit Dichtung, Schalthebelführung mit Dichtung, Windlauf mit Dichtlippe, Lüfterklappen-Dichtung, Türschweller-Abdeckleiste, Multischalter-Endstücke, Handbrems-Abdeckung, Windabweiser, Türfaltenbalg)
• Elektro- und Sensortechnik (z. B. Dichtungen an Steckverbindern, Elektroherdknöpfe, Schaltergehäuse mit Dichtung, Rasierapparat, Schalterabdeckung, Elektrozahnbürste, Handgriffe für Elektrowerkzeuge)
• Haushaltsgeräte
• Sportbranche/Freizeitbranche (z. B. Flossen, Brillen, Griff-Ummantelungen, Spielzeug, Kofferrollen)
• Verpackung (z. B. Flaschenverschlüsse mit eingespritzter Dichtung, Einweg-Zapfeinrichtung für 5l-Blechfässer, Verschlussdeckel für Kosmetikverpackungen)

Toleranzen

Beim 2k-Spritzguss sind Toleranzen von bis zu +/- 0,002 mm möglich. So enge Toleranzen sind bei kaum einem anderen Gussverfahren möglich.

Mögliche Materialien

Die Materialien können unterschiedlich sein, müssen aber eine gewisse Haftung zueinander besitzen, z. B. PP/PE, CA/ABS oder PMMA/PS, sofern beim Werkstück eine feste Verbindung der Materialien untereinander nötig ist. Bei Mehrkomponentenbauteilen, bei denen sich die einzelnen Teile untereinander bewegen sollen, ist dieses Verhalten nicht erwünscht, z. B. Spielzeugfiguren oder Lüftungsausströmer im Auto.
In den meisten Fällen werden für die Hart-/Weich-Verbindungen beim 2k-Spritzguss sowohl thermoplastische als auch herkömmliche Elastomere als Weichkomponente verwendet. Bei thermoplastische Elastomeren (TPE) handelt es sich um Werkstoffe, die aus elastomeren und thermoplastischen Molekülen bestehen.

Je nach Art der Einbindung unterscheidet man zwischen Polymerblends und Blockcopolymere. Diese haben den Vorteil einer kurzen Zykluszeit, einer Einfärbemöglichkeit in hellen Farben und das Recycling von Angüssen und Ausschussteilen. Bei größeren Dehnungen wirken sich die Kriechneigung und die begrenzte Rückstellkraft bei höheren Temperaturen negativ aus.

Vor- und Nachteile des Mehrkomponenten Verfahren

Vorteile:

• prozesssicher, d. h. es sind unterschiedliche Materialkombinationen möglich
• Multifunktional (vollautomatischer Fertigungsprozess, z. T. mit integrierter Prüfstation)
• dauerhaft (feste Verbindung zwischen den Materialien)
• wirtschaftlich (nachträglich oder zusätzliche Montageschritte entfallen – Fertigung in einem Fertigungsschritt möglich)
• anspruchsvoll (einsetzbar auch bei hohen Bauteilanforderungen)

Nachteile:

• begrenzte Rückstellkraft bei höheren Temperaturen
• Kriechneigung bei größeren Dehnungen

Einfache online Auftragsvergabe

Es ist möglich, Zeichnungen und Skizzen an das Fertigungsunternehmen online zu schicken und die Fertigung Ihrer Serienteile zu beauftragen. Nach der Auftragsvergabe werden die Teile entsprechend Ihren Vorlagen gefertigt und frei Haus geliefert.

Fazit

Wer ein Verfahren sucht, bei dem mehrere Farben bzw. Komponenten in einem oder zwei Verfahrensschritten miteinander kombiniert bzw. verbunden werden können, ist mit dem 2k-Spritzguss gut beraten. Neben der enormen Effizienz sind bei diesem Verfahren auch die Eigenschaften der eingesetzten Komponenten besser nutzbar.

Da diese Bauteile in einem Fertigungsablauf produziert werden, entsteht kein Aufwand für die Montage und Nachbearbeitung.