Design for Manufacturing for Plastic Injection Molding

Design for Manufacturing für Spritzguss

Design for Manufacturing oder Manufacturability (DFM) bezieht sich auf einen Prozess, der das Design einer Komponente, eines Teils oder eines Produkts optimiert, um die Herstellung weniger schwierig, billiger und bequemer zu machen. Typischerweise trifft die Konstruktion für die Fertigung auf die frühen Stadien, höchstwahrscheinlich, wenn sich der Prozess in der Konstruktionsphase befindet. Zu diesem Zeitpunkt ist es einfacher, das Produkt zu optimieren und unnötige Schritte und Kosten zu reduzieren. Idealerweise umfasst der DFM-Prozess die folgenden Schritte:

  • Leichtere Montage in späteren Phasen: Vereinfachung des Produktdesigns durch Reduzierung der Anzahl von Teilen und Arbeitsgängen.

  • Technologische Teile: Konstruktion von Teilen, die für verschiedene Technologien einfach herzustellen sind.

  • Vermeiden Sie enge Toleranzen und entwerfen Sie das Produkt unter Berücksichtigung der Fähigkeiten der verfügbaren Technologie.

  • Effektive Nutzung der verfügbaren Ressourcen.

  • Fehlersichere Montage und Produktdesign (Poka-Yoke – eine schlanke Fertigungstechnik, die Defekte und Fehler in jedem Prozess an erster Stelle vermeidet).

  • Integration effizienter und einfacher Befestigungsmethoden.

 

 

Warum ist DFM für den Spritzguss relevant?

DFM vereint die Engineering- und Produktionsabteilung in der Konstruktionsphase, wo jede für maximale Zeitausnutzung, Wirtschaftlichkeit, Qualität und Kundenzufriedenheit sorgt. Seine Bedeutung lässt sich daran ablesen, dass Designentscheidungen rund 70 % der Herstellungskosten eines Produkts (Material, Verarbeitung/Handhabung und Montage) steuern.

In einem Spritzgussverfahren hingegen ist die erfolgreiche Ausführung des Designs für die Fertigung eher technischer Natur und erfordert das Verständnis komplexer Anwendungen. Der DFM-Prozess im Spritzguss steht in direktem Zusammenhang mit einem erfahrenen Spritzgießer. Daher hilft ein tiefes Verständnis des DFM-Prozesses beim Spritzgießen bei effizienten Designentscheidungen und bietet folgende Vorteile:

1. Beseitigung von Risiken

Beim Spritzgießen kann die Optimierung des Designs im Hinblick auf die Herstellbarkeit potenzielle Probleme rechtzeitig erkennen und beseitigen, bevor das Produkt in Massenproduktion in den Herstellungsprozess gelangt. Die ordnungsgemäße Implementierung von DFM identifiziert Herstellbarkeitsprobleme, während sich ein Produkt noch im Entwicklungsprozess befindet. Auf diese Weise wird jedes erhebliche Problem im Voraus erkannt und die Risiken, die mit der Entwicklung neuer Produkte verbunden sind, reduziert.

2. Umsetzbare Empfehlungen

Design for Manufacturability hat einen herausragenden Vorteil gegenüber herkömmlichen Optimierungsprozessen, da es umsetzbare Empfehlungen gibt. DFM hebt die wichtigsten Herstellungsprobleme hervor und bietet Vorschläge, die Probleme bei Herstellungsprozessen mit Sicherheit eliminieren. In einigen Fällen können geringfügige Änderungen im Design das Problem beheben.

3. Möglichkeiten zur Kostensenkung

Design for Manufacturing funktioniert als SWOT-Analyse für den Spritzgussprozess, die Stärken, Schwächen, Chancen und Risiken des Prozesses ermittelt. Darüber hinaus ist das wertvollste Merkmal dieses Optimierungsprozesses die Möglichkeit, Kosten zu senken, ohne das Design – Form, Passform und Funktion – erheblich zu ändern.

4. Kürzere Produktentwicklungszeit

Vor allem die Unternehmen, die das Design vorbereiten und die Fertigung auslagern, bleiben ein enormer Vorteil, da das Design für die Fertigungsanalyse die Entwicklungszeit des Produkts verkürzen kann. Folglich können Ingenieure Kosten und Zeitpläne besser vorhersagen und die Herstellbarkeit selbst analysieren, anstatt Anbieter oder Lieferanten für Angebote/Feedback zu besuchen.

Injection Molded Parts
 

Zeit und Kosten im Zusammenhang mit DFM

DFM ist darauf spezialisiert, Kosten zu senken und die Produktentwicklungszeit zu verkürzen:

Wie sich DFM auf die Kosten auswirkt:

DFM ist sehr zuverlässig, da es in vielerlei Hinsicht eine Kostensenkung erreichen kann und die Komplexität der notwendigen Schritte im Prozess gemeinsam reduziert wird. Wenn der Betrieb durch geringfügige Änderungen im Design minimiert werden kann, lassen sich Zeit- und Kosteneinsparungen schneller erzielen.

Zum Beispiel sind Spritzgusskunststoffe anfällig für Bruch und Versagen, wenn sie durch Scherung aus der Form ausgeworfen werden. Dennoch können durch das Anbringen von Stiften zum Auswerfen an einer strategischen Stelle Materialkosten eingespart werden. Kurzum, DFM beweist auch, dass Qualitätssteigerung nicht immer expansiv sein muss.

Betrachten wir ein weiteres Beispiel. Der wahrscheinlich bekannteste Ansatz zur Kostensenkung besteht darin, die nach dem Werkzeugbau erforderlichen Änderungen zu reduzieren. Kein Unternehmen möchte die Kosten tragen, die durch die Umrüstung entstehen. Angesichts dessen bietet die Design-for-Manufacturing-Analyse Spritzgussingenieuren Einblicke und Intuitionen für das Projekt, die ihnen helfen, die Werkzeugausstattung zu rationalisieren und Kosten zu senken.

Darüber hinaus erkennt die DFM-Analyse wahrscheinliche Problembereiche, Möglichkeiten zur Konstruktionsänderung, unbefriedigende Entformungsschrägen und Toleranzen, nicht bearbeitbare Merkmale, unverständliche Geometrien, Berechnungen usw. All diese Maßnahmen weisen letztendlich auf eine Kostensenkung hin.

Wie DFM die Zeit beeinflusst:

Ebenso wie die Reduzierung der Prozesskosten durch Mainstreaming von DFM, verkürzt sich auch die Zeit für die Produktentwicklung deutlich. Erstens bietet DFM den Ingenieuren die Möglichkeit, den gesamten Prozess zu analysieren, und später spart diese Analyse viel Zeit, die möglicherweise besuchte Anbieter in Anspruch genommen hätte. Gleichzeitig tragen die Reduzierung der Gesamtzahl der Arbeitsgänge und die Standardisierung von Teilen und Komponenten dazu bei, die Zeit bis zur Entwicklung des Endprodukts zu verkürzen. Denken Sie daran, dass sich die Standardisierung von Teilen auf einen Prozess bezieht, der erwartet, alle beabsichtigten, unbeabsichtigten und oberflächlichen Unterschiede bei der Herstellung ähnlicher und vergleichbarer Teile zu beseitigen, um eine kritische Reduzierung der Lieferanten- und Teileproduktion zu erreichen.

 

So optimieren Sie DFM – Tipps und Tricks

1. Justieren Sie mit minimaler Anzahl von Teilen

Die Reduzierung der Teileanzahl führt direkt zu einer Senkung der Investition oder der Kosten. Unbestreitbar bedeuten weniger Teile weniger Käufe, reduzierte Handhabung von Produkten, reduzierte Montagekomplexität und weniger Zeit für Produktion, Konstruktion und Entwicklung, was erhebliche Kosten- und Zeitvorteile darstellt. Meist erfordert die minimale Anzahl von Teilen eine Standardisierung des Prozesses. Teile, die keine Relativbewegung aufweisen, bestehen beispielsweise nicht aus unterschiedlichen Materialien. Andernfalls würde die Montage oder der Teileservice enorm erschwert oder unmöglich gemacht. Einige Möglichkeiten zur Reduzierung der Teileanzahl hängen von der Verwendung einteiliger Konfigurationen und der Auswahl von Herstellungsverfahren wie Spritzgießen ab.

2. Entwicklung des modularen Designs

Die Vereinfachung der Fertigungsaktivitäten steht in direktem Zusammenhang mit der besseren Umsetzung des Design for Manufacturing. Typischerweise vereinfacht die Verwendung eines modularen Produktdesignansatzes (Unterteilung eines Produkts in kleinere Teile im Hinblick auf ihre Leistung, Funktionen und Spezifikationen) die Herstellungsaktivitäten wie Prüfung, Montage, Neukonstruktion, Inspektion, Einkauf, Wartung und erwarteter Service. Denn Module machen Produktaktualisierungen im Redesign-Prozess flexibler, unterstützen Tests vor der Endmontage und nutzen Standardkomponenten, um Produktvariationen zu reduzieren.

3. Kluge Materialauswahl

Die optimale Kombination aus kostengünstigem Material und Verarbeitung wirkt sich direkt auf die Herstellungskosten aus. Sogar ein geeignetes Material unterstützt die einfache Herstellung, was auch bedeutet, dass unnötige Schritte wie Oberflächenveredelung, übermäßige Toleranzen und andere Endbearbeitungen wie Polieren/Lackieren, die den Prozess in die Höhe treiben, entfallen.  

4. Minimierung der Montagerichtung

Die Montagerichtung spielt eine entscheidende Rolle bei der Reduzierung von Zeit und Kosten. Daher wird empfohlen, beim Hinzufügen von Teilen zur Baugruppe die Teile aus einer Richtung zusammenzubauen und sie in der Reihenfolge von der obigen Seite hinzuzufügen. Später werden Teile unter der Wirkung der Gravitationskraft sofort befestigt. Darüber hinaus ist Poka Yoke eine schlanke Fertigungstechnik, die für eine fehlersichere Montage verwendet werden kann. Poka-Yoke ist für die Baugruppen von Bedeutung und wird im Wesentlichen innerhalb des gesamten Produktionsprozesses kontrolliert. Daher werden Methoden zur Fehlersicherung verwendet, um Fehler durch Bediener zu vermeiden. Die Techniken können die Verwendung von Näherungssensoren, Bildverarbeitungssystemen, speziell entwickelten Vorrichtungen, Stiften, Strichcodelesern, Drucksensoren, Warnleuchten und Fleckenprüfung umfassen.

Design for Manufacturing Assembly
 

5. Minimierung der Handhabung

Gleichzeitig wird das Handling in der Regel verwendet, um Objekte während der Prozesse zu pflegen; in DFM berücksichtigt die Handhabung jedoch auch das Positionieren, Fixieren und Ausrichten der Teile oder Komponenten. Beispielsweise müssen symmetrische Teile nach Möglichkeit bevorzugt werden. Andernfalls muss die Asymmetrie verstärkt werden, um Fehler zu vermeiden. Versuchen Sie außerdem während der Konstruktionsphase, den Fluss von Abfallmaterialien oder Teilen im Herstellungsprozess zu reduzieren.

Abschluss

Design for Manufacturing ist eine der weit verbreiteten Methoden, die Produktentwicklungszeit und -kosten reduzieren und alle wichtigen und potenziellen Probleme beseitigen, die bei der Massenproduktion von Produkten problematisch sein könnten. Wie andere Fertigungsverfahren ist auch DFM für den Spritzguss bekannt. In einem Wirtschaftsabschwung implementieren die Industrien wahrscheinlich DFM, um mit den niedrigsten Investitionen hohe Gewinne zu erzielen. Am Ende des Prozesses spart DFM etwa 20 bis 30 % der Kosten ein.

 

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