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Was ist Hochdruckguss?

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Geschrieben von

Gloria

Veröffentlicht
Jan 21 2025
  • Hochdruckguss

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Hochdruckgießen (auch Druckgießen genannt) ist aufgrund seiner einzigartigen Prozessvorteile und vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten zu einem unverzichtbaren Bestandteil der modernen Fertigung geworden. Kern dieses Gießverfahrens ist das Einspritzen von flüssigem oder halbfestem Metall in den Formhohlraum unter hohem Druck und hoher Geschwindigkeit. Dort erstarrt es unter Druck, wodurch hochpräzise Metallteile entstehen. Hochdruckgießen findet aufgrund seiner effizienten und qualitativ hochwertigen Produktion breite Anwendung im Maschinenbau, der Automobilindustrie, der Luft- und Raumfahrt, der Elektronik und weiteren Branchen.
Wenn Sie für Ihr Druckgussprojekt das passende Verfahren suchen, ist die Frage „ Was ist Hochdruckguss ?“ möglicherweise nicht ganz einfach zu beantworten. Dieser Artikel befasst sich daher eingehend mit den Grundlagen, den technischen Merkmalen, den Anwendungsgebieten des Hochdruckgusses und seiner Bedeutung für die moderne Industrie.

Was ist Hochdruckguss?

Hochdruckgießen ist ein fortschrittliches Metallumformverfahren, bei dem flüssiges oder halbflüssiges Metall unter hohem Druck in einen präzise gefertigten Formhohlraum eingespritzt wird. Dort kühlt es unter Druck schnell ab und erstarrt, wodurch hochpräzise Metallteile mit hoher Dichte und guter Oberflächengüte entstehen. Dieser Prozess wird üblicherweise in einer speziellen Druckgießmaschine durchgeführt, die Einspritzgeschwindigkeit, Druck und Temperatur des flüssigen Metalls präzise steuern kann, um sicherzustellen, dass die Qualität und die Eigenschaften des Endprodukts den Konstruktionsanforderungen entsprechen.

Hochdruck-Druckgussmaschine

Wie funktioniert das Hochdruckgussverfahren?

Das Hochdruckgießverfahren ist ein heikler und systematischer Prozess, dessen einzelne Schritte wie folgt lauten:

  • Vorbereitungsphase: Auswahl geeigneter Metalllegierungen, Dosierung und Vorbehandlung zur Sicherstellung der Materialqualität. Parallel dazu werden hochpräzise Formen gemäß den Produktanforderungen konstruiert und gefertigt.
  • Erhitzen und Schmelzen: Die Metalllegierung wird in die Heizvorrichtung gegeben, bis sie vollständig geschmolzen ist, und die Temperatur und Zusammensetzung der Schmelze werden kontrolliert.
  • Vorwärmen und Vorbereiten der Form: Heizen Sie die Form vor, um den Temperaturunterschied zwischen dem flüssigen Metall und der Form zu verringern und Schäden durch thermische Spannungen zu vermeiden. Überprüfen Sie außerdem die Form auf Beschädigungen oder Verstopfungen an Angüssen und Entlüftungsöffnungen.
  • Druckeinspritzung: Unter hohem Druck wird flüssiges Metall schnell in den Formhohlraum eingespritzt . Dieser Prozess erfordert eine präzise Steuerung von Einspritzgeschwindigkeit, Druck und Temperatur, um sicherzustellen, dass das flüssige Metall die Form gleichmäßig und schnell füllt und ein gutes Gussteil entsteht.
  • Abkühlung und Erstarrung: Das flüssige Metall kühlt in der Form ab und erstarrt. Je nach Art und Dicke des Metalls werden das geeignete Abkühlverfahren und die Abkühlzeit gewählt, um sicherzustellen, dass das Gussteil die erforderlichen mechanischen Eigenschaften und Maßgenauigkeit aufweist.
  • Öffnen der Form und Entnahme der Gussteile: Nach vollständiger Abkühlung des Gussteils wird die Form geöffnet und das Gussteil vorsichtig entnommen. Dabei ist darauf zu achten, das Gussteil nicht zu beschädigen. Gleichzeitig wird der Zustand der Form überprüft und diese für den nächsten Guss vorbereitet.
  • Nachbearbeitung: Führen Sie bei Bedarf weitere Bearbeitungsschritte an den Gussteilen durch, wie z. B. Entgraten, Wärmebehandlung oder Oberflächenbehandlung, um die Qualität und Leistungsfähigkeit der Gussteile zu verbessern.

Hochdruckgießverfahren

Welche Metalle werden üblicherweise beim Hochdruckguss verwendet?

Zu den üblicherweise für den Hochdruckguss verwendeten Metallen gehören im Wesentlichen folgende:

  1. Aluminiumlegierung: Aluminiumlegierungen sind der am häufigsten verwendete Werkstoff im Hochdruckguss und zeichnen sich durch geringe Dichte, hohe Festigkeit und gute Korrosionsbeständigkeit aus. Sie finden breite Anwendung in der Automobilindustrie, der Elektronik, der Kommunikationstechnik und weiteren Bereichen. Insbesondere im Automobilbau werden Aluminiumlegierungen zur Herstellung wichtiger Bauteile wie Motorblöcke, Zylinderköpfe, Lenkgetriebegehäuse usw. verwendet , was zur Gewichtsreduzierung und Kraftstoffeinsparung beiträgt. Dies bietet wirtschaftliche und ökologische Vorteile.
  2. Zinklegierung: Zinklegierungen zeichnen sich durch gute Gieß- und mechanische Eigenschaften aus und eignen sich zur Herstellung von Bauteilen mit komplexen Formen. Gleichzeitig bieten sie gute Oberflächenbehandlungseigenschaften und erfüllen vielfältige dekorative und funktionelle Anforderungen. Zinklegierungen sind im geschmolzenen Zustand gut fließfähig und leicht zu verarbeiten, weshalb sie häufig im Hochdruckguss eingesetzt werden .
  3. Magnesiumlegierungen zeichnen sich durch geringe Dichte, hohe Festigkeit und gute Wärmeableitung aus und eignen sich besonders für die Herstellung von Leichtbauteilen. In Bereichen wie Luft- und Raumfahrt, Automobilindustrie und Elektronik finden Magnesiumlegierungen zunehmend Anwendung. Sie sind stoßfester als Aluminiumlegierungen und weisen eine gute Beständigkeit gegenüber organischen Stoffen und Alkalikorrosion auf, wodurch sie sich besonders für den Hochdruckguss eignen.
  4. Kupferlegierungen zeichnen sich durch hervorragende elektrische und thermische Leitfähigkeit sowie Korrosionsbeständigkeit aus und eignen sich daher ideal für die Herstellung hochpräziser und elektrisch leitfähiger Bauteile. In der Elektronik, Kommunikationstechnik und Elektrotechnik ist das Hochdruckgießen von Kupferlegierungen weit verbreitet. Hochdruckgegossene Kupferlegierungen bieten hohe Präzision und eine gute Oberflächenqualität und erfüllen somit die Anforderungen an Hochleistungsbauteile in diesen Bereichen.

Welche Arten von Produkten werden im Hochdruckgussverfahren hergestellt?

Die durch Hochdruckguss hergestellten Produkte sind sehr vielfältig und lassen sich hauptsächlich in folgende Kategorien einteilen:

1. Autoteile:

  • Wichtige Bauteile wie Motorblöcke und Zylinderköpfe erfordern hohe Präzision und gute mechanische Eigenschaften.
  • Getriebegehäuse, Komponenten des Getriebesystems usw. Diese Komponenten unterliegen hohen Anforderungen an Festigkeit und Verschleißfestigkeit.
  • Autoräder, Kühler usw. Diese Bauteile müssen leicht sein und eine gute Wärmeableitung aufweisen.

2. Industriekomponenten:

  • Verschiedene mechanische Gehäuse und Halterungen, diese Bauteile erfordern in der Regel eine hohe Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit.
  • Komponenten der Fluidsteuerung wie Pumpengehäuse und Ventile müssen eine gute Dichtungsleistung aufweisen und einem gewissen Druck standhalten können.
  • Präzisionsmechanische Bauteile wie Turbinenschaufeln, Zahnräder usw. unterliegen strengen Anforderungen an Maßgenauigkeit und Oberflächenqualität.

3. Konsumgüter:

  • Elektrische Bauteile wie Elektronikgehäuse, Wärmeleiter usw. erfordern gute Wärmeableitungs- und elektromagnetische Abschirmungseigenschaften.
  • Die Gehäuse und Halterungen von Beleuchtungskörpern müssen sowohl schön als auch langlebig sein.
  • Bei anderen Teilen von Konsumgütern, wie z. B. Möbelzubehör, Spielzeugteilen usw., sind in der Regel leichte Teile mit guten Formgebungseigenschaften erforderlich.

Hochdruckgussanwendungen

Was sind die Vor- und Nachteile des Hochdruckgießens?

Die Vor- und Nachteile des Hochdruckgießens sind folgende:

Vorteil

  1. Hohe Produktionseffizienz: Beim Hochdruckgießen werden Formteile schnell befüllt und unter hohem Druck geformt. Die Füllzeit ist extrem kurz. Üblicherweise dauert das Befüllen des Formhohlraums nur 0,01 bis 0,2 Sekunden, wodurch die Produktionseffizienz extrem hoch ist.
  2. Hohe Präzision der Gussteile: Da das geschmolzene Metall unter hohem Druck geformt wird, weisen die Gussteile stabile Abmessungen, hohe Präzision und geringe Bearbeitungstoleranzen auf, was den Kosten- und Zeitaufwand für die nachfolgende Bearbeitung reduziert.
  3. Gute Oberflächenqualität der Gussteile: Durch Hochdruckguss hergestellte Gussteile weisen eine hohe Oberflächengüte sowie gute mechanische Eigenschaften und ein ansprechendes Aussehen auf.
  4. Herstellung dünnwandiger, komplexer Teile möglich: Hochdruckguss ermöglicht die Herstellung dünnwandiger und komplex geformter Gussteile . Beispielsweise weist Aluminium-Druckguss eine Wandstärke von nur 0,5 mm auf und eignet sich daher für die Fertigung von Präzisionsteilen.
  5. Der Herstellungsprozess kann durch die Verwendung des Einlegeverfahrens vereinfacht werden: Beim Hochdruckgießen kann das Einlegeverfahren verwendet werden, um Teile aus verschiedenen Materialien gleichzeitig zu gießen, wodurch der Montageprozess entfällt und der Herstellungsprozess vereinfacht wird.

Nachteile

  1. Porositätsproblem: Aufgrund der extrem hohen Füllgeschwindigkeit des flüssigen Metalls lässt sich das Gas im Formhohlraum nur schwer entfernen und verbleibt leicht in Form von Poren im Gussteil. Daher können im herkömmlichen Druckgussverfahren hergestellte Gussteile weder wärmebehandelt noch geschweißt werden und eignen sich nicht für eine relativ tiefe Bearbeitung, um die Entstehung von Poren an der Oberfläche zu verhindern.
  2. Materialbeschränkungen: Hochdruckgießen eignet sich hauptsächlich für Nichteisenmetalle mit niedrigen Schmelzpunkten, wie Aluminium, Zink, Magnesium und andere Legierungen. Bei Kupferlegierungen oder Eisenmetallen mit höheren Schmelzpunkten tritt beim Druckgießen die Materialermüdung in Druckkammer und Formhohlraum stärker in den Vordergrund.
  3. Hohe Investitionskosten für die Ausrüstung: Die Investitionen in Druckgussanlagen sind relativ hoch, und die Herstellung der Druckgussformen ist komplex, zeitaufwendig und kostspielig. Daher eignet sich Hochdruckguss im Allgemeinen nicht für die Kleinserienfertigung.
  4. Sandkerne können nicht verwendet werden: Aufgrund der starken Stöße des geschmolzenen Metalls beim Füllen des Formhohlraums sind Sandkerne beim Hochdruckgießen generell nicht zulässig, sodass Gussteile mit komplexen inneren Hohlraumstrukturen nicht im Druckgussverfahren hergestellt werden können.

Welche Ausrüstung wird beim Hochdruckgießen verwendet?

Die wichtigste Ausrüstung beim Hochdruckgießen ist die Druckgießmaschine, die speziell für das Druckgießen entwickelt wurde. Druckgießmaschinen lassen sich hauptsächlich in Warm- und Kaltdruckgießmaschinen unterteilen. Im Folgenden werden diese beiden Maschinentypen detailliert erläutert:

1. Die Gießmaschine

(1) Heißdruckkammer-Druckgießmaschine

  • Konstruktionsmerkmale: Die Druckkammer der Warmdruckkammer-Druckgießmaschine und der Ofen bilden eine eng miteinander verbundene Einheit. Einige Warmdruckkammer-Druckgießmaschinen nutzen Druckluft, um das Metall direkt hydraulisch in die Form zu pressen, ohne dass ein Kolbenmechanismus erforderlich ist.
  • Funktionsprinzip: Das Metall wird in der Maschine geschmolzen. Anschließend wird der Kolbenmechanismus, der das Metall hydraulisch in die Form presst, im Tiegel installiert. Vor dem Betrieb der Maschine wird das flüssige Metall in den Ofen gegossen. Gießkessel und Spritzstempel mit Druckkammer und Schwanenhalskanal werden dabei mit dem flüssigen Metall benetzt. Die Form öffnet und schließt sich horizontal. Nach dem Öffnen der Form verbleiben die Druckgussteile in der beweglichen Form.
  • Anwendungsbereich: Hauptsächlich verwendet für den Druckguss von Zink, Zinn und anderen Legierungen mit niedrigeren Schmelzpunkten.

2. Kaltpresskammer-Druckgussmaschine

  • Konstruktionsmerkmale: Druckkammer und Ofen der Kaltdruckkammer-Druckgießmaschine sind voneinander getrennt. Je nach Aufbau und Anordnung der Druckkammer lassen sich zwei Typen unterscheiden: horizontale und vertikale.
  • Vertikale Kaltpresskammer-Druckgießmaschine: Das flüssige Metall wird aus dem Ofen entnommen und in die Presskammer gegossen. Ein Presskolben drückt das Metall hydraulisch in die Form, überschüssiges Metall wird durch einen weiteren Kolben herausgedrückt.
  • Horizontale Kaltpresskammer-Druckgießmaschine: Sie funktioniert wie die vertikale Bauart, nur dass sich der Kolben horizontal bewegt. Die meisten modernen Druckgießmaschinen sind horizontal.
  • Funktionsprinzip: Das Metall wird außerhalb der Maschine geschmolzen und anschließend mit einem Löffel in die Kompressionskammer gegeben.

Je nach Bewegungsrichtung des Kompressionskolbens kann man zwischen vertikalen und horizontalen Kaltpresskammer-Druckgießmaschinen unterscheiden.

2. Formen und Werkzeuge

Beim Hochdruckgießen sind Gussformen unverzichtbar . Eine Gussform ist ein wiederverwendbares Werkzeug für die Massenproduktion, das Form und Größe des Gussteils bestimmt. Werkzeuge sind Hilfseinrichtungen, die die korrekte Installation und Verwendung der Gussform gewährleisten, darunter Formbefestigungs- und Positioniervorrichtungen.

3. Kühlsystem
Das Kühlsystem ist eine der wichtigsten Anlagenkomponenten beim Hochdruckgießen . Seine Hauptfunktion besteht darin, die schnelle Erstarrung des flüssigen Metalls in der Form zu gewährleisten, um qualitativ hochwertige Gussteile zu erhalten. Das Kühlsystem umfasst üblicherweise Kühlwasserkanäle, Lüfter und weitere Komponenten, die die Wärme in der Form durch Zirkulation eines Kühlmediums (z. B. Wasser) abführen.

Hochdruckgusswerkstoffe

Was sind die wichtigsten Unterschiede zwischen Hoch- und Niederdruckgießen?

Hochdruck- und Niederdruckgießen sind zwei gängige Gießverfahren , die sich vor allem hinsichtlich Druckniveau, Produktionsgeschwindigkeit und Anwendungsbereich deutlich unterscheiden. Die folgende Tabelle zeigt die wichtigsten Unterschiede zwischen Hochdruck- und Niederdruckgießen:

Hochdruckguss Niederdruckguss
Stressniveau Hoch, üblicherweise zwischen 100 und 200 MPa Niedrig, im Allgemeinen zwischen 0,05 und 0,3 MPa
Schmelzmetall-Füllverfahren Hochgeschwindigkeits- und Hochdruckfüllung: Das geschmolzene Metall wird mit hoher Geschwindigkeit in die Form gepresst. Gleichmäßiges, langsames Befüllen: Das flüssige Metall wird unter Einwirkung von Gasdruck langsam in die Form eingespritzt.
Produktivität Hochwertig, geeignet für die Großserienfertigung, fähig, in kurzer Zeit eine große Anzahl von Gussteilen herzustellen Relativ niedrig, geeignet für die Herstellung von Gussteilen mit einer geringen Anzahl von Modellen
Gussqualität Hohe Maßgenauigkeit, gute Oberflächengüte, hohe Festigkeit und Härte Es gibt wenige innere Defekte, weniger Gas- und Verunreinigungen, und die Gussstruktur ist dicht.
Anforderungen an die Form Die Form muss eine hohe Festigkeit und Hitzebeständigkeit aufweisen, und die Kosten der Form sind hoch. Die Anforderungen an die Formen sind zwar höher, aber die Formenherstellung kann im Vergleich zum Hochdruckgießen flexibler sein.
Anwendungsbereich Es eignet sich für die Herstellung komplexer und dünnwandiger Gussteile, wie z. B. Haushaltsgeräte, Eisenwaren usw. Es wird häufig zur Herstellung hochwertiger, hochpräziser Gussteile verwendet, wie z. B. Automobilteile, Luft- und Raumfahrtteile usw.
Automatisierungsgrad Die Mechanisierung und die automatische Produktion lassen sich leicht realisieren, und die Arbeitsintensität kann reduziert werden. Eine automatisierte Produktion ist ebenfalls möglich, kann aber je nach Prozesscharakteristika variieren.
Ausrüstungskosten Üblicherweise höher, da Ausrüstung benötigt wird, die hohem Druck und hoher Befüllungsgeschwindigkeit standhält. Die Ausrüstung ist zwar auch teurer, aber möglicherweise einfacher als die für das Hochdruckgießen.

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Häufig gestellte Fragen

1. Was ist Hochdruckgießen?

Hochdruckgießen, auch Druckgießen oder Druckgießen genannt, ist ein spezielles Gießverfahren. Dabei wird die Formkavität des Druckgusswerkzeugs unter hohem Druck und hoher Geschwindigkeit mit flüssigem oder halbfestem Metall gefüllt und anschließend unter Druck verfestigt. So entsteht ein Gussteil mit nahezu endkonturnaher Form. Aufgrund seiner hohen Effizienz, Präzision und Qualität findet Hochdruckgießen breite Anwendung in der industriellen Fertigung .

2. Wie funktioniert Hochdruckgießen?

Das Funktionsprinzip des Hochdruckgießens basiert auf dem Einbringen von flüssigem Metall unter hohem Druck und hoher Geschwindigkeit. Konkret wird nach dem Schließen der Druckgussform der Einspritzstempel in die Druckkammer eingesetzt und die Schaufel spritzt eine ausreichende Menge überhitztes flüssiges Metall in die Druckkammer ein. Anschließend beginnt der Einspritzstempel mit dem langsamen Einspritzvorgang und drückt das flüssige Metall langsam und gleichmäßig zum inneren Angusskanal. Danach startet der Einspritzstempel unter der Wirkung des Einspritzkolbens im Einspritzzylinder den Schnelleinspritzvorgang und presst das flüssige Metall mit hoher Geschwindigkeit durch den Angusskanal und den Anguss der Druckgussform in den Formhohlraum. Sobald der Formhohlraum vollständig gefüllt ist, übt der Einspritzstempel Druck auf den Materialkuchen aus, wodurch das flüssige Metall unter hohem Druck abkühlt und erstarrt. Abschließend wird die Form geöffnet, und der Auswerfermechanismus wirft das Druckgussteil aus und schließt damit den Gießvorgang ab.

3. Was sind die Vorteile des Hochdruckgießens? Welche Herausforderungen gibt es?

Die Vorteile des Hochdruckgießens liegen vor allem in seiner hohen Effizienz, Präzision und Qualität. Allerdings birgt das Hochdruckgießen auch Herausforderungen , wie hohe Werkzeugkosten, hohe Investitionskosten für die Anlagen und hohe technische Anforderungen an die Bediener. Zudem stößt das Hochdruckgießen bei Bauteilen mit komplexen Hohlräumen an seine Grenzen, da der hohe Druck und die hohe Füllgeschwindigkeit zu Gaseinschlüssen und Gussfehlern führen können.

4. In welchen Bereichen wird Hochdruckguss eingesetzt?

Hochdruckguss findet breite Anwendung in der industriellen Fertigung, unter anderem in folgenden Bereichen : Luft- und Raumfahrt: Mit Hochdruckguss lassen sich leichte und hochfeste Bauteile für die Luft- und Raumfahrt herstellen und der Bedarf an Hochleistungswerkstoffen in diesem Bereich decken. Automobilindustrie: Im Automobilbau wird Hochdruckguss zur Produktion von Motor- und Getriebegehäusen, Ölwanne und anderen Autoteilen eingesetzt, um die Effizienz und Qualität der Teilefertigung zu verbessern. Maschinenbau: Durch die Herstellung verschiedener mechanischer Teile wie Motordeckel, Kompressorgehäuse usw. kann Hochdruckguss die Produktionseffizienz steigern und die Lohnkosten senken.

Zusammenfassung

Als effiziente, hochpräzise und qualitativ hochwertige Gießtechnologie bietet das Hochdruckgießen breite Anwendungsmöglichkeiten in der industriellen Fertigung. Dank des kontinuierlichen technologischen Fortschritts und der fortlaufenden Prozessoptimierung wird das Hochdruckgießen in immer mehr Bereichen eine wichtige Rolle spielen und Unternehmen maßgeblich dabei unterstützen, die Produktionseffizienz zu steigern, die Fertigungskosten zu senken und die Produktqualität zu verbessern.

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