Kahdeksan tapaa mokata ruiskupuristeosa

Vaikka muovit ovat saaneet huonoa mainetta niiden hiilivetypohjaisuuden vuoksi, ne ovat silti teollisen tuotannon kulmakivi. Muovit tarjoavat ainutlaatuisia ominaisuuksia, kuten keveyttä, kestävyyttä ja muokattavuutta, joita on vaikea saavuttaa muilla materiaaleilla. Jotta voimme hyödyntää materiaalin täyden potentiaalin ja samalla minimoida ympäristövaikutukset, on tärkeää, että muoviosien suunnittelu on huippuluokkaa.

Ruiskupuristettujen muoviosien suunnittelu kuulostaa melko suoraviivaiselta, mutta todellisuudessa se on monimutkainen ja vaativa prosessi. Laadukas ruiskupuristeosien suunnittelu ei kuulu jokaisen suunnittelijan osaamisalueeseen. Muovituote- tai ruiskupuristeosien suunnittelua käsitellään koulutuksessa usein vain pintapuolisesti, ja nykyään vielä vähemmän kuin ennen. Syvällisen osaamisen hankkiminen onkin mahdollista lähinnä pitkän kokemuksen kautta ja ruiskupuristeosat voi mokata monin eri tavoin jo suunnitteluvaiheessa. Tässä asiantuntijoiltamme muutama pikavinkki mokailuun näin alkuun, silvuplee:

1. Ei ruiskupuristesuunnitteluun kokemusta tarvita

Kokeneen muovisuunnittelijan käyttäminen vaikuttaa suoraan säästöinä työkaluhintaan ja valmistettavuuteen. Useampikin asiantuntijoistamme on törmännyt esimerkiksi tilanteeseen, jossa on jouduttu merkittävästi korjaamaan aiempaa jonkun tahon tekemää suunnittelua, koska osat eivät ole olleet valmistettavia, kestäviä tai tuotannossa on ollut ongelmia. Pahimmassa tapauksessa on jouduttu palaamaan lähtöruutuun ja korjaamaan suunnitelmaa radikaalisti ennen muottien tilaamista. Syyt ongelmiin ovat löytyneet perusasioista, jotka kokenut suunnittelija osaa ottaa huomioon jo alkuvaiheessa.

2. Älä turhaan ota suunnittelijaa mukaan konseptivaiheeseen

Liian usein päädytään tilanteeseen, jossa on lähdetty suunnittelemaan tuotetta miettimättä, miten osat valmistetaan ja myöhemmin tehdään päätös, että osia tehdäänkin ruiskupuristeena. Suunnittelulliset lähtökohdat ruiskupuristeosalle ovat siis jääneet huomiotta. Yhteinen mielipide on, että muovisuunnittelijan mukanaolo jo konseptointivaiheessa on oleellista. Konseptointivaiheessa voidaan vaikuttaa esimerkiksi osajakoon, joka puolestaan vaikuttaa työkaluhintaan.

3. Unohda ruiskupuristesuunnittelun periaatteet

Voi tuntua houkuttelevalta tehdä asioita mutu-tuntumalla, mutta ruiskupuristuksessa vapaamielinen asenne ei aina kanna hedelmää. Suunnittelun alkuvaiheessa tehdyt väärät olettamukset koituvat kohtaloksi. Ruiskupuristesuunnittelun periaatteiden sivuuttaminen johtaa huonoon visuaaliseen laatuun ja tuotannon ongelmiin. Peilaus- ja imujäljet kummittelevat ja paniikki iskee. Aloittelevalle suunnittelijalle konkarit antavat ensimmäiseksi muistisäännöksi: ”Hyvässä ruiskuvaluosassa materiaalivahvuus on mahdollisimman tasainen joka puolella.” Jos tästä tehdään poikkeamia, vaaditaan suunnittelijalta jo vahvaa ammattitaitoa, jotta pystytään arvioimaan, miten se näkyy lopputuotteessa. Myös osan valmistajalta vaaditaan tavallista enemmän kokemusta. Simulointi antaa mahdollisuuksia arvioida osien valmistettavuutta, mutta toisaalta on myös materiaaleja, joihin simuloinnitkaan eivät välttämättä päde.

4. Älä mieti miten muotti toimii

Suunnittelijalla on hyvä olla joku ajatus siitä, miten muoviosia valmistetaan ja miten muotti toimii. Klassinen esimerkki on, että suunnittelijalta jää miettimättä mistä muottiin syötetään materiaali. Konkarin neuvo onkin: ”Kun osaa lähdetään suunnittelemaan, syöttöpiste täytyy olla kirkkaana mielessä”. Hyvä ruiskuvaluosien suunnittelija ymmärtää myös ruiskuvalukanavien vaihtoehtoja, muotin liikkeitä ja mitä voidaan tehdä liikkuvilla osilla.

Monelle voi tulla yllätyksenä se, että jos halutaan prosessissa hyvin kontrolloitava osa, ruiskutuspiste olisi oltava näkyvällä pinnalla. Suunnittelijan täytyy miettiä, miten se peitetään. Usein peittämiseen käytetään esimerkiksi logoa. Muitakin keinoja on, mutta useimmiten muut kikat tarkoittavat myös lisäkuluja.

5. Älä päästä suunnittelijaa ja valmistajaa keskustelemaan

Onnistumisen kulmakiveksi kokeneet suunnittelijat mainitsevat periaatteen: Mitä aikaisemmin suunnittelija pääsee keskustelemaan lopullisen valmistajan kanssa, sitä paremmin voidaan tuotannon laatu varmistaa. Tällöin suunnittelijalla on mahdollisuus saada valmistajan kommentit osaan siinä vaiheessa, kun muutoksia on vielä mahdollista tehdä. Etu on molemminpuolinen, koska suunnittelija voi myös tuoda lisäarvoa tuotannon suuntaan.

On myös paljon asioita, jotka suunnittelijan hyvä tiedostaa, vaikka välttämättä suunnittelija ei pääsekään tuotantovaiheessa näihin vaikuttamaan. Muoviosien kohdalla voidaan mennä monessa kohtaa metsään. Aina syy huonoon laatuun ei olekaan suunnittelussa, vaan väärissä tuotantomenetelmissä tai väärän kokoisissa laitteissa.

6. Käytä samoja suunnitteluperiaatteita tulosteilla ja ruiskupuristeosilla

Tämän päivän uusia haasteita suunnittelulle tuo 3D-printtaus. Samat lainalaisuudet eivät päde 3D-tulostetuissa pikamalleissa ja ruiskuvaluosissa. Jo alkumetreillä olisi hyvä huomioida erilaiset suunnitteluvaatimukset, jos osan tullaan lopulta valmistamaan ruiskupuristeena. Pikamallin rakenne ei suoraan kerro ruiskuvaluosan toimivuutta. Esimerkiksi suuret materiaalivahvuuksien erot ruiskuvaluosissa tuottavat ongelmia, kun taas printeissä vaihtelu todennäköisesti onnistuu hyvinkin. Riippuen tulostusmenetelmästä, pikamalliin ei saada tulostettua esimerkiksi samaa tarkkuutta tai seinämäpaksuutta kuin ruiskuvalussa. Tulostetun mock-upin avulla saadaan kyllä nopeasti arvioitua ollaanko menossa oikeaan suuntaan, mutta lopputulosta se ei takaa. MJF-tulostustekniikka (Multi Jet Fusion) on koettu suhteellisen hyväksi tekniikaksi, jonka avulla saadaan riittävän mittatarkkoja osia, jotta osaa voidaan tarkastella suunnittelullisesti.

7. Eihän tuotantomenetelmällä ole mitään väliä

Ongelma tuotannossa voi tulla tuotteen volyymistä. Pienien tuotantomäärien kohdalla on mietittävä kannattaako ruiskuvalumuotteja edes tehdä. Ruiskupuristusmuottien hinta voi olla kymmeniä tuhansia euroja. Ammattitaitoa on sekin, että osataan miettiä jo alussa mikä tuotantomenetelmä on järkevin, eikä suoraan oleteta tiettyä tuotantomenetelmää ainoana vaihtoehtona. Suunnittelusäännöt voivat olla aivan erilaiset. Vaihtoehtoja pienemmille sarjoille on muitakin kuin 3D-tulostus. Pienempiä volyymejä voidaan valmistaa esimerkiksi silikonimuoteilla tai PUR-osina.

8. Materiaalin ehtii päättää myöhemminkin

Kun lähdetään suunnittelemaan osaa, täytyy tietää lähtövaatimukset materiaalille. Lähtötietojen pohjalta kokenut suunnittelija pystyy ehdottamaan materiaalivaihtoehtoja. Jos materiaali matkan varrella vaihdetaan, esimerkiksi mitat saattavat muuttua radikaalistikin. Materiaalivalintoja määrittävät erilaiset vaatimukset, joista esimerkkinä UV-sietokyky. Tänä päivänä lähes kaikissa tuotteissa on elektroniikkaa, joten paloturvallisuus on yksi tärkeimmistä materiaalivaatimuksista, mikä sulkee pois lähes 90% materiaaleista heti kättelyssä. Printattavissa materiaaleissa paloturvallisuus tarkoittaa myös hyvin korkeaa hintaa. Etenkin Ajoneuvo- ja työkonesuunnittelussa isossa roolissa on käyttöympäristön tuomat vaatimukset, kuten mekaaniset rasitukset, kemikaalit, uv ja myös miten tuote tullaan testaamaan.

Mistä tulevaisuuden muovivelhot?

Yhteinen huoli on ruiskupuristeosien- ja yleisesti muovisuunnittelun ammattitaidon saatavuus tulevaisuudessa. Muovituotesuunnittelun opetusta on oppilaitoksissa rajoitetusti, ja usein ammattitaito karttuu työn kautta. Lopulta mestarit syntyvät sparrailemalla, kyseenalaistamalla ja jakamalla kokemuksia ja on sillä kuuluisalla kantapäälläkin tiettävästi jokin osuus.

Suunnittelun sudenkuoppia olivat koostamassa Onni-Matti Halkola, Mikko Laitinen, Sari Wiberg, Juha Laaksonen, Mika Tarvonen ja Turkka Vainio. Yhteensä näillä asiantuntijoilla on kokemusta ruiskupuristeosien ja ylipäätään muoviosien suunnittelusta isoille ja pienille volyymeille yhteensä lähes 150 vuotta. Näillä asiantuntijoilla ei mene sormi suuhun haastavimmissakaan tilanteissa.

Onko tiedossasi projekti, jossa olisi tarvetta ruiskupuristeosien asiantuntijalle?
Ota yhteyttä Jariin tai Timoon: