Vakuumguss und Vakuumgießen ein Überblick

Mit dem Vakuumguss beziehungsweise Vakuumgießen können schnell, effizient und vor allem äußerst kostengünstig Teile in einer kleinen Serie gefertigt werden. Meist handelt es sich um eine Serie von bis zu 200 Einzelteilen. Das Vakuumgießen beschreibt eine sogenannte „Abformtechnik“. Mittels dieser Methode werden hauptsächlich Kunststoffteile in Klein- oder Mittelserien geschaffen, bei denen es auf eine absolut saubere Oberfläche ankommt. Dieses Verfahren wird am häufigsten zur Vervielfältigung weniger Stücke genutzt, denn es ist kostengünstig und die Fertigung geht schnell.

Technologie / Verfahren / Funktionsweise

Am Anfang steht ein Prototyp beziehungsweise ein Urmodell. In den meisten Fällen dient als Urmodell ein Stereolithografieteil. Dieser Prototyp wird mittels der Stereolithographie (STL) produziert. Dieses Verfahren erstellt aus den 3D-Daten das eigentliche Modell, indem schichtweise flüssiges Polymerharz aufgebaut wird. Mit einem Laser werden die einzelnen Schichten ausgehärtet, bevor es nach einer Reinigung in einer Art Ofen komplett gehärtet wird. Nach der Entfernung der Stützkonstruktion wird das Urmodell noch manuell nachbearbeitet, um eine perfekte Oberfläche zu generieren. Nach der Fertigstellung des Prototyps kann mit der Vervielfältigung per Vakuumgießen begonnen werden. In Ausnahmefällen wird das Urmodell mit einem Frästeil hergestellt.
Für den Vakuumguss wird das Urmodell zu einer Silikonform abgeformt. Dazu wird das Teil innerhalb eines Rahmens fixiert, bevor flüssiges Silikon unter Unterdruck eingefüllt wird. Durch die Erwärmung unter Vakuum entweicht die Luft, was der Silikonform letztendlich ihre Stabilität gibt.

Von der Idee bis zum Vakuumgussteil – der Ablauf

Angenommen, es soll ein einfacher Gummiring in einer Kleinserie produziert werden. Dazu wird zuerst das eigentliche Modell benötigt. Wie bereits beschrieben, wird am Computer ein 3D-Modell kreiert, das mit dem Rapid-Prototyping-Verfahren direkt in ein Werkstück – das angestrebte Urmodell – umgesetzt wird. Übersetzt bedeutet Rapid Prototyping „schneller Modellbau“ und genau diese Schnelligkeit ist der große Vorteil, wenn es um die spätere Fertigung mehrerer Bauteile geht. So können schon vor der Serienreife eventuelle Fehler und Schwächen ausgemerzt beziehungsweise behoben werden.

Die Grundlage für das Verfahren des 3D-Druckes sind die CAD-Daten. Durch die CAD-Anwendung gelingt die Darstellung als 3D – die wichtigste Voraussetzung für den späteren 3D-Druck. Um bei dem Beispiel mit dem Gummiring zu bleiben, wird dieser nach der Vorlage am Computer jetzt mittels eines 3D-Druckers aufgebaut. Das fertige Urmodell generiert später durch den Vakuumguss exakte Kopien. Dazu ist eine Form nötig, in der Regel wird eine Silikonform genutzt. Der per 3D-Drucker gefertigte Gummiring wird in einem Behältnis fixiert und mit Silikon übergossen. Durch die Erwärmung unter Vakuum entweicht die Luft, was für eine saubere Oberfläche des späteren Modells unabdingbar ist. Nach dem Aushärten des Silikons wird die Form vorsichtig so geöffnet, dass sie zwei Hälften bildet und der Prototyp kann entnommen werden.
Jetzt ist die Silikonform einsatzbereit, sie wird über eine kleines Rohr beziehungsweise einen Schlauch mit dem flüssigen Kunststoff unter Vakuum befüllt und ausgehärtet. Danach wird der Gummiring entnommen und manuell nachbearbeitet. Auf diesem Weg können innerhalb kürzester Zeit mit einer Silikon-Form zwischen 20 und 30 Einzelteile hergestellt werden.

Silikonform / Vakuumgusswerkzeug

vakuumguss silikonform

Die Silikonform zählt zu den am häufigsten verwendeten Formen für die Fertigung von Kleinserienteilen. Das liegt einerseits an der ausgezeichneten Dehnbarkeit von Silikon und andererseits lassen sich andere Materialien nach dem Aushärten gut von dem Silikon trennen. Silikon gilt als gesundheitlich unbedenklicher Stoff und wird auch in der Medizin häufig eingesetzt. Die Abzeichnungsgenauigkeit von Oberflächen ist sowohl in der Medizin als auch bei industriellen Fertigungen einer der wesentlichsten positiven Aspekte.
Das genutzte Silikonkautschuk bleibt bis zur Tiefsttemperatur bis zu minus 90 Grad und höchstens 250 Grad immer noch elastisch. Somit eignen sich diese synthetische Polymere, die in der Gruppe Silikon bilden, als ideale Voraussetzung für die Schaffung verschiedener Teile.

Die Vor- und Nachbearbeitung

Dank der guten Eigenschaften von Silikon kann das flüssige Material, aus dem das zu produzierende Teil bestehen soll, ohne große Vorarbeit eingefüllt werden. Lediglich in der Nachbearbeitung sind noch einige manuelle Schritte notwendig. Eventuell muss das Werkstück noch abgeschliffen oder lackiert werden, gelegentlich sind Bohrungen nötig oder die Beschriftung steht noch aus.

Mögliche Materialien für den Vakuumguss

In den meisten Fällen werden Kunststoffe für den Vakuumguss gewählt. Die ausgezeichneten Eigenschaften von Gieß- beziehungsweise Kunstharz spielen bei der Fertigung präziser Werkteile eine übergeordnete Rolle. Die Materialien können hart, weich, transparent, vollkommen klar, eingefärbt, glasfaserverstärkt oder gummiartig sein. Eher selten werden schmelzfähige Wachsmaterialien oder Metalllegierungen mit einem niedrigen Schmelzpunkt gewählt.

Anwendungsgebiete und Einsatz

Die Palette der Anwendungsmöglichkeiten reicht weit. Beispielsweise werden oft nur wenige Muster benötigt, etwa für eine Messe oder eine Verkaufsveranstaltung. Auch im Modellbau oder im Konstruktionsbau reichen geringe Stückzahlen aus. Das Vakuumgussverfahren eignet sich hervorragend, um sogenannte „Handmuster“ für den Vertrieb zu produzieren, so kann das Verkaufspersonal an allen Standorten das exakt gleiche Modell der interessierten Kundschaft vorführen.
Zur Marktanalyse kann ein Prototyp ebenfalls eingesetzt werden, etwa indem er als Katalogabbildung genutzt wird.
Relativ häufig wird das Verfahren angewandt, um Bauteile zu produzieren, die für eine Zielgruppe relevant sind, etwa bestimmte Bauteile für Oldtimer oder andere Gerätschaften.

Vor- und Nachteile des Vakuumgießens

Zu den zahlreichen Vorteilen gehören die günstigen Herstellungskosten einer Kleinserie, die Flexibilität von Silikon und vor allem die Genauigkeit der Vervielfältigung.

Dem gegenüber stehen einige Nachteile bei der Verfahrenstechnik. So ist eine Silikonform nur begrenzt nutzbar, zwischen 20 und 30 Abgüsse sind machbar, danach muss eine neue Form hergestellt werden. Das eigentliche Material muss sich an die – durchaus große Spanne – der Temperaturmöglichkeit des Silikons anpassen. Zu guter Letzt kann eine ausgediente Form nicht einfach so entsorgt werden, der Gedanke an die Umwelt zählt somit ebenfalls zu den Nachteilen dieser Technik.

Fazit

Generell ist der Vakuumguss beziehungsweise das Vakuumgießen eine ideale Möglichkeit, um nur wenige Einzelteile in vollkommen identischer Form zu produzieren. Das auch als Abformtechnik bezeichnete Verfahren benötigt ein Urmodell, welches mittels der CAD-3D-Technolgie hergestellt wird. Somit können direkt zu Beginn der Kleinserie eventuelle Fehler beseitigt werden, was letztendlich wiederum einen kostensparenden Effekt darstellt.