Wat zijn aluminium mallen?

Mallen zijn dummyhulzen van een verwacht onderdeel. Wanneer materialen zoals gesmolten plastic in de matrijsholte worden geïnjecteerd en geperst, nemen ze de vorm van de holte aan en creëren ze het gewenste product wanneer ze afkoelen en stollen. Hierdoor kan een productielijn identieke producten in massa produceren. Als een matrijs is gemaakt van een aluminiumlegering, wordt het een aluminium matrijs genoemd. Fabrikanten kunnen echter ook andere materialen gebruiken om mallen te maken. De naam van het gebruikte materiaal komt vaak voor de matrijs, bijv.

• stalen mal
• zandvorm
• keramische mal
• gipsen mal, enzovoort

Het soort materiaal dat wordt gebruikt om een mal te maken, hangt meestal af van het beoogde gebruik. Duurzame mallen van zand, keramiek en gips worden gebruikt voor het maken van eenmalige producten of als de mal vaak moet worden aangepast. Ze kunnen dus worden gebruikt om verschillende producten of onderdelen van verschillende vormen en maten te maken. Ze zijn meestal ook relatief betaalbaar en het beste voor kleine productievolumes.

Aluminium matrijzen bieden daarentegen een superieure thermische geleiding en een lichter gewicht en worden gebruikt voor het gieten van kunststof onderdelen met lage tot gemiddelde volumes. Aluminium matrijzen, die soms ook zacht staal worden genoemd, kunnen worden gebruikt in een lijn die 5000 tot 10.000 stuks kunststof producten maakt. In de meeste gevallen dienen ze als tijdelijke oplossing terwijl de fabriek wacht op de voltooiing van stalen mallen voor hun productielijn. Het is belangrijk om te vermelden dat sommige aluminium mallen stalen handvatten hebben om ze steviger te maken. De kern en holte, waar het gesmolten plastic wordt ingespoten, zijn echter altijd van aluminium.

De technologische evolutie en snelle productlevering in bepaalde industrieën, waaronder elektronica en auto's, hebben geleid tot een toename in de vraag naar ad hoc productielijnen die precisieproducten maken. Deze productiefaciliteiten zijn ontworpen om snel een groot volume aan nicheproducten te maken binnen een korte tijd. Dit is waar mallen van aluminium uitblinken.

De belangrijkste voordelen van aluminium mallen ten opzichte van stalen mallen

Mallen van aluminium hebben op korte tot middellange termijn verschillende voordelen ten opzichte van stalen mallen. Ze worden meestal gekozen vanwege hun betere thermische geleidbaarheid en bewerkbaarheid, waardoor het gietproces sneller verloopt. De tabel hieronder laat zien hoe aluminium en stalen mallen zich tot elkaar verhouden.

Een tabel waarin de voordelen van stalen mallen en aluminium mallen worden vergeleken

Industriële toepassing van aluminium mallen

Mallen van aluminium worden steeds vaker de eerste keuze voor fabrikanten in verschillende sectoren voor het maken van prototypes van kunststof onderdelen (vooral met complexe geometrieën) of productiecycli van kleine aantallen. Door hun kosteneffectiviteit en bewerkbaarheid zijn ze uitstekend geschikt voor dergelijke scenario's. Enkele van de industrieën waar je aluminium spuitgietgereedschap in gebruik vindt, zijn.

1. Vervaardiging van consumentenelektronica: De plastic hoesjes voor telefoons, tablets en laptops worden meestal gemaakt met molding tools van aluminiumlegering. De snellere warmteafvoer van dit materiaal zorgt voor een hogere consistentie in productkwaliteit en vermindert de zichtbaarheid van brandplekken en verzakkingen.
2. Auto- en luchtvaartindustrie: Verschillende onderdelen van auto's (zoals de middenconsole en het dashboard) en vliegtuigen (zoals de jukken en gaskleppen) worden gemaakt met behulp van aluminium mallen. 
3. Medische apparatuur: nuttig voor zowel eenvoudige medische apparaten zoals elektronische bloeddrukmeters als complexe stationaire apparaten zoals MRI-machines. Het gieten van de medische kunststof behuizing van medische apparaten met aluminium gereedschap zorgt voor consistentie, zelfs bij complexe vormen.
4. Speelgoedindustrie voor het maken van poppen: Bedrijven gebruiken de spuitgiettechniek om de populaire Barbie-poppen en ander plastic speelgoed te maken. Aluminium wordt meestal als matrijs gebruikt vanwege de kosten en de snellere productiecycli. In sommige gevallen gebruiken fabrikanten de spuitgiettechniek om het lijfje te maken en de rotatiegiettechniek om de ledematen en hoofden te maken voordat ze in elkaar worden gezet.

Aluminium mallen maken

Het proces van het maken van aluminium gereedschap voor spuitgieten vereist precisievaardigheden. De reden hiervoor is dat een millimeter fout bij het maken van de matrijs producten oplevert die niet voldoen aan de gewenste bedoeling. Er zijn drie belangrijke stappen om aluminium matrijzen tot leven te brengen.

Stap #1: Patroon maken

Net zoals je aluminium mal het model vormt voor het gieten van kunststof producten, heb je een ander materiaal nodig als model voor het maken van het gewenste aluminium onderdeel voor de malholte. Schuim, hout, was of kunststof is meestal het materiaal dat je kiest om het model te maken. In het verleden gaven geschoolde arbeiders de modellen nauwgezet vorm. Dankzij 3D-printen kunnen fabrikanten nu patronen met nanometerprecisie maken door rechtstreeks vanuit de CAD-ontwerpen te printen.  

Stap #2: Gieten

Voor het gietproces kan zand of staal worden gebruikt. In het geval van zand:

1. Plaats het patroon in een kolf (een doos met twee zijden)
2. Vul de kolf met vormzand en druk hem aan om het zand rond het patroon te spannen.
3. Verwijder het patroon voorzichtig en laat de lege holte in het zand achter
4. Giet het gesmolten aluminium in de lege holte totdat deze gevuld is.
5. Laat afkoelen en stollen
6. Open de kolf en verwijder het gegoten aluminium

Bij grootschalige productie kan het gebruik van zand tijdrovend zijn. Defecten zoals vervorming van de mal of zandinsluiting kunnen optreden tijdens het verwijderen van het patroon, wat leidt tot een defecte aluminium mal. In plaats daarvan, spuitgieten is het gebruik van staal geschikter. Het patroon is hier gemaakt van staal vanwege het hoge smeltpunt en de sterkte. Het injecteren van vloeibaar aluminium in de vormholte gebeurt onder hoge druk. Het laat afkoelen en het gegoten aluminium wordt verwijderd.

Stap #3: Bewerking

Het eindproduct is vaak onzuiver en ruw aan de buitenkant. Daarom moet het worden verfijnd tot perfectie. Het raffinageproces kan frezen, boren of slijpen van de ruwe randen en overgebleven aluminium inhouden om een gepolijste afwerking te bereiken. Dit is een zeer belangrijk proces bij het maken van aluminium mallen, omdat eventuele fouten op de mal worden overgedragen op het eindproduct.

Wanneer aluminium mallen kiezen

Als er twee alternatieven zijn, is de vraag altijd wanneer je het ene boven het andere moet kiezen. Tussen mallen van aluminium en staal is het antwoord niet altijd even duidelijk. Je kunt echter overwegen om aluminium mallen te gebruiken als:

• Je produceert kleine volumes tussen 3.000 en 10.000 stuks
• Je maakt een prototype van producten voor beoordeling door regelgevende instanties of investeerders
• U hebt flexibiliteit nodig bij het ontwerpen en dat vereist rapid tooling. Lees hier meer over rapid tooling.
• Je hebt weinig tijd en moet producten snel leveren
• De productie draait op een krap budget dat geen ruimte biedt voor een stalen mal.
• Je hebt een tijdelijke oplossing nodig terwijl je wacht op de levering van je stalen mal

Merk op dat aluminium matrijzen een kortere levensduur hebben en mogelijk na 5.000-8.000 productiecycli of minder vervangen moeten worden. Dit komt omdat aluminium minder goed bestand is tegen slijtage, vooral bij het gieten onder hoge temperaturen en druk. Stalen matrijzen kunnen meer dan 100.000 cycli producten blijven maken.

Je zou je aluminium mal dus meerdere keren moeten vervangen voordat een stalen mal zijn levenscyclus heeft doorlopen. De kosten van die vervanging lopen al snel op. Als je voor lange tijd produceert en geen aanpassingen nodig hebt, is een stalen mal na verloop van tijd economisch gezien verstandiger.

Hoe selecteer je een goede aluminiumfabriek

Er is een populair gezegde: "Je krijgt waar je voor betaalt". Het gaat verder dan alleen het geld dat uit je zak komt. Als je willekeurig een aluminium matrijzenfabrikant kiest, kun je daar spijt van krijgen. Weet je niet zeker waar je op moet letten bij het zoeken naar een partner? Hier zijn de belangrijke vakjes die de juiste fabrikant moet controleren.

1. Ervaring: De fabrikant moet een team hebben met ruime ervaring in aluminium gieten met technieken als zandgieten en spuitgieten.
2. Expertise: Het ervaringsniveau moet controleerbaar zijn aan de hand van een catalogus van succesvolle leveringen.
3. Technologie: Fabrikanten die technologische vooruitgang op hun gebied omarmen, zoals het gebruik van 3D-printen en CAD/CAM-technieken, zullen de doorlooptijd verkorten en aluminium mallen met meer precisie leveren.
4. Kwaliteitscontrole: Ze moeten een robuust kwaliteitscontroleproces hebben dat accurate en consistente productie en prestaties garandeert. Lees meer over hun testprocedure en certificeringen (waaronder ISO 9001).
5. Communicatie: Kies een fabrikant die je tijdens de hele duur van het project voortdurend op de hoogte houdt. Dit helpt om eventuele problemen onderweg op te lossen.
6. Waar voor je geld: De duurste fabrikant van aluminium matrijzen is misschien niet de beste, en omgekeerd. Fabrikanten die advies geven over het beste materiaal voor je mal op basis van je productiebehoeften, transparant zijn in doorlooptijden en after-sales ondersteuning bieden, zullen op de lange termijn waardevoller zijn dan fabrikanten die je aan je lot overlaten.

De toekomst van aluminium gietvormen

Op dit moment zijn mallen van aluminium niet duurzaam voor langdurige productiecycli van grote volumes. Onderzoekers innoveren voortdurend op manieren om de productie en toepassing van aluminium mallen duurzamer en efficiënter te maken. De toepassing van 3D-printtechnologie voor het maken van aluminium gereedschappen is een van de manieren waarop onderzoekers de kansen verslaan. 

Het gebruik van 3D-printtechnologie zal de doorlooptijd snel verkorten en fabrikanten helpen om mallen te maken met ultracomplexe geometrieën die de conventionele bewerkingsmogelijkheden te boven gaan, zoals interne conforme koelkanalen. Fabrikanten bereiken het 3D printen van aluminium mallen door middel van de volgende stappen:

1. Een invers 3D CAD-model van de mal ontwerpen met speciale software
2. 3D-print je ontwerp met stereolithografie of FDM (fused deposition modeling)
3. Verwijder de ondersteunende structuren die de printer tijdens het afdrukken heeft toegevoegd.

Digitalisering & oppervlaktetechniek

Er is ook een toenemende drang naar digitalisering en automatisering. Het digitaliseren van het volledige gietproces zal de cyclustijd verkorten en de precisie verbeteren. Door te vertrouwen op digitale hulpmiddelen voor ontwerp en controle worden menselijke fouten geëlimineerd en wordt een consistentere productie gegarandeerd.

Fabrikanten hebben zich ook ingespannen om aluminium beter bestand te maken tegen slijtage door oppervlaktebehandeling. De oppervlaktebehandeling van aluminium mallen met behulp van fysische dampdepositie (PVD) of anodiseren is bijvoorbeeld effectief in het verbeteren van hun levensduur.

Enkele van de populairste PVD-coatings zijn Diamond-Like Carbon (DLC), Titanium Aluminum Nitride (TiAIN) en Titanium Nitride (TiN). Fabrikanten bedekken het matrijsoppervlak met het geprefereerde materiaal met behulp van PVD om een harde laag te creëren die waterbestendig is. Dit beschermt het oppervlak van de matrijs tegen schurende krachten tijdens het spuitgietproces.

Anodiseren daarentegen is een elektrochemisch proces dat een peroxidelaag creëert op het oppervlak van de aluminium mal. Dit materiaal verhoogt de oppervlaktehardheid en verbetert het vermogen van het gereedschap om corrosie te weerstaan. Deze behandelingen helpen de fabrikant om te genieten van alle voordelen van aluminium mallen met als bijkomend voordeel dat de levensduur van 10.000 productiecycli wordt overschreden.