Was ist Vakuumguss? Ein umfassender Leitfaden für Produktentwickler

Das Vakuumgießen füllt eine Lücke in der Fertigung, von deren Existenz die meisten Produktentwickler nichts wissen. Es ist nicht so schnell wie 3D-Druck, nicht so präzise wie CNC-Bearbeitung, und bei hohen Stückzahlen nicht so kosteneffizient wie das Spritzgießen – aber es liefert etwas, was keines dieser Verfahren leisten kann: eine Oberflächenqualität wie beim Spritzgießen, aus serienreifen Materialien, in Prototypenmengen und mit entsprechenden Vorlaufzeiten.

Für Produktentwickler, die funktionsfähige Prototypen, Vorserienmuster oder Teile in Kleinserien benötigen, die in Aussehen und Haptik dem endgültigen Spritzgussprodukt entsprechen, ist das Vakuumgussverfahren oft die richtige Lösung – und dieser Leitfaden erklärt genau, was es ist, wie es funktioniert und wann es zum Einsatz kommt.

So funktioniert das Vakuumgießen – Schritt für Schritt

Beim Vakuumguss (auch als Polyurethan-Guss oder PU-Guss bezeichnet) werden Teile aus Zweikomponenten-Polyurethanharzen mithilfe einer Silikonform hergestellt. Der Prozess läuft in folgenden Schritten ab:

1. Herstellung des Vorformmodells: Ein hochwertiges Vorformmodell – in der Regel CNC-gefräst oder im SLA-3D-Druckverfahren hergestellt – wird in der Geometrie des Endteils gefertigt. Die Oberflächenqualität des Vorformmodells überträgt sich direkt auf die Gussteile, daher ist die Oberflächenbeschaffenheit des Vorformmodells von großer Bedeutung.
2. Herstellung von Silikonformen: Das Urmodell wird in einem Rahmen aufgehängt und mit flüssigem Silikon umgossen. Das Silikon wird ausgehärtet und anschließend aufgeschnitten, um das Urmodell zu entfernen, wodurch ein Hohlraum entsteht, der genau dem Negativ der Geometrie des Urmodells entspricht.
3. Vakuumguss: Zweikomponenten-Polyurethanharz wird gemischt und in eine Vakuumkammer gegeben. Durch das Vakuum werden Luftblasen aus dem Harz entfernt. Die Silikonform wird in die Kammer eingesetzt, das Harz wird unter Vakuum eingegossen oder eingespritzt, und die Kammer wird wieder auf Atmosphärendruck gebracht – wodurch das Harz in jedes Oberflächendetail der Form gepresst wird.
4. Aushärten und Entformen: Die gefüllte Form wird 1–4 Stunden lang bei 40–70 °C ausgehärtet. Nach dem Aushärten wird die Silikonform geöffnet und der Guss entnommen. Anschließend können weitere Arbeitsschritte (Lackieren, Grundieren, Einbau von Beschlägen) erfolgen.
5. Wiederholbarkeit: Eine Silikonform liefert in der Regel 15 bis 25 Gussteile, bevor sie ihre Formfähigkeit verliert. Aus einer Masterform lassen sich mehrere Formen herstellen, um die Produktionsmenge zu steigern.

Vakuumguss vs. CNC-Bearbeitung vs. Spritzguss

Materialien für den Vakuumguss – Was möglich ist und was nicht

Beim Vakuumguss kommen Zweikomponenten-Polyurethansysteme zum Einsatz, die so formuliert sind, dass sie die Eigenschaften der in der Produktion verwendeten thermoplastischen Werkstoffe nachbilden. Spritzgießen. Zu den gängigen Optionen gehören:

• Starre, ABS-ähnliche Kunststoffe: Harte, schlagfeste Teile, die dem serienmäßigen ABS ähneln. Shore D 80+. Wird für Gehäuse, Einfassungen und Strukturbauteile verwendet.
• Polypropylenähnliche (PP-ähnliche) Kunststoffe: Halbflexibel, für „Living Hinge“-Verbindungen geeignet. Wird für Schnappverbindungen, Behälterdeckel und flexible Bauteile verwendet.
• Transparente/klare Harze: Wird für Linsen, Lichtleiter, Displayabdeckungen und ästhetische, transparente Bauteile verwendet. Optische Klarheit vergleichbar mit Acryl.
• Gummi und TPE-ähnliche Kunststoffe: Flexible Teile mit einer Shore-A-Härte von 30–90 für Griffe, Dichtungen, Umspritzteile und ergonomische Komponenten.

Was beim Vakuumguss nicht möglich ist: Teile in Originalgröße herzustellen technische Thermoplaste (PEEK, Nylon 66, POM) – lediglich simulierte Äquivalente. Es kann die mechanischen Eigenschaften von serienmäßigen Spritzgussteilen in Anwendungen mit hohen Temperaturen oder hohen chemischen Belastungen nicht erreichen.

Wann sich das Vakuumgießen als die richtige Wahl erweist

Setzen Sie das Vakuumgussverfahren ein, wenn: Sie 5–50 Teile benötigen, die in Aussehen und Haptik dem serienmäßigen Spritzgussprodukt entsprechen müssen – sei es für Kundenpräsentationen, Investorenvorführungen oder Funktionstests – und Sie diese schneller und kostengünstiger benötigen, als es die Herstellung eines Serienwerkzeugs erfordern würde. Sie müssen ein Design validieren, bevor Sie sich für den Bau eines Spritzgusswerkzeugs entscheiden. Sie eine farblich abgestimmte, lackierte oder strukturierte Oberflächenqualität benötigen, die mit 3D-Druck ohne aufwendige Nachbearbeitung nicht erreicht werden kann. Ihr Stückzahlvolumen zu gering ist, um den Einsatz eines Spritzgusswerkzeugs zu rechtfertigen, aber zu hoch, als dass eine CNC-Bearbeitung wirtschaftlich wäre.

Häufig gestellte Fragen

Wie genau sind Vakuumgussteile im Vergleich zum Originalmodell?

Vakuumgussteile erreichen in der Regel eine Maßgenauigkeit von ±0,3 mm bis ±0,5 mm im Vergleich zum Vorformling, wobei je nach Harzsystem eine Schrumpfung von 0,1–0,21 TP3T auftritt. Dies reicht für Form-, Pass- und Funktionstests sowie für die visuelle Präsentation aus, nicht jedoch für Teile mit Präzisionspassungen oder engen mechanischen Toleranzen. Bei kritischen Toleranzmerkmalen sollten Sie eine leichte Nachbearbeitung der Gussteile einplanen.

Können Vakuumgussteile nicht nur zur optischen Prüfung, sondern auch für Funktionstests verwendet werden?

Ja, in vielen Fällen. Starre Polyurethan-Gussteile weisen mechanische Eigenschaften auf, die denen von technischen Thermoplasten nahekommen – Zugfestigkeit im Bereich von 50–70 MPa, Biegemodul von 2.000–3.000 MPa –, und eignen sich daher für viele funktionale Testszenarien. Sie eignen sich jedoch nicht für Hitzebeständigkeitsprüfungen bei Temperaturen über 80 °C oder für Chemikalienbeständigkeitsprüfungen in aggressiven Umgebungen, in denen spezifische thermoplastische Werkstoffe erforderlich sind.

Wie lange dauert es, bis man Vakuumgussteile auf Basis einer fertigen CAD-Datei erhält?

Eine Silikonform kann innerhalb von 2 bis 3 Tagen anhand eines Vorlagemodells hergestellt werden. Wenn wir das Vorlagemodell selbst fertigen (per CNC oder SLA), kommen 1 bis 3 Tage für die Herstellung des Vorlagemodells hinzu. Die ersten Gussteile sind 3 bis 7 Tage nach Erhalt der freigegebenen CAD-Datei verfügbar. Jeder Gusszyklus nach Fertigstellung der Form dauert je nach Teilegröße und Aushärtungszeit des Harzes 4 bis 8 Stunden.