Vorwort: Fertigungsunternehmen entscheiden sich aufgrund der Kosteneffizienz und der zahlreichen Vorteile zunehmend für den 3D-Druck. Diese Technologie hat sich in der Fertigungsindustrie einen soliden Ruf erworben und kann mit den traditionellen Fertigungsverfahren mithalten.

Das Potenzial des 3D-Drucks ist immens, denn er kann die Anzahl der Teile verringern, leichtere und strukturell stabilere Komponenten schaffen und die Montagekosten senken. Die Nutzung des 3D-Drucks für die Fertigung ermöglicht die Herstellung von Teilen mit Merkmalen, die mit herkömmlichen Methoden entweder nicht oder nur mit größerem Aufwand zu erreichen sind.

Warum also ist der 3D-Druck so beliebt? Ist der 3D-Druck billiger als das Spritzgießen? In diesem Artikel geht es vor allem um den Kostenvergleich zwischen 3D-Druck und Spritzgießen.

3D-Druck und Spritzgießverfahren

Beim 3D-Druck, auch als additive Fertigung bezeichnet, wird ein 3D-Modell anhand eines CAD- oder digitalen 3D-Modells erstellt. Das Material wird Schicht für Schicht aufgetragen, um das gewünschte Objekt zu erstellen.

Im Gegensatz dazu, Spritzgießverfahren umfassen etablierte Techniken, bei denen Material durch Schleifen, Bohren oder maschinelle Bearbeitung entfernt oder in eine Form gegossen wird.

Welche Faktoren beeinflussen den Preis des 3D-Drucks?

Der 3D-Druck gilt gemeinhin als die schnellste und kostengünstigste Methode zur Herstellung von Teilen für das Prototyping und eine wachsende Zahl von Endanwendungen. Bei der Ermittlung der Kosten für den 3D-Druck kundenspezifischer Teile spielen verschiedene Faktoren eine Rolle.

Materialien

Jede 3D-Drucktechnologie hat ihr eigenes spezifisches Polymermaterial. Die für FDM (Fused Deposition Modeling) verwendeten Spulen sind in der Regel preiswerter, während SLA-Harz, SLS- und MJF-Pulver im Allgemeinen teurer sind. Die für den Druck eines Teils benötigte Materialmenge wirkt sich erheblich auf den Gesamtpreis aus, insbesondere bei der FDM-Technologie.

Teil Volumen

Größere Teile erfordern mehr Material und Platz auf der Maschine, was zu längeren Produktionszeiten führt. Der höhere Materialaufwand und die längere Produktionszeit führen in der Folge zu höheren Kosten.

Nachbearbeitung

Nach dem Druckprozess können zusätzliche manuelle Arbeiten erforderlich sein, um die Baugruppe fertig zu stellen. Diese Nachbearbeitungsmethoden umfassen das Entfernen von Trägern oder Pulver, Reinigen, Schleifen und andere Nachbearbeitungstechniken, die alle zum Endpreis des Teils beitragen.

Kosten der Ausrüstung

Diese Kosten umfassen Installations- und Einrichtungszeit, Betriebskosten, routinemäßige Maschinenwartung und sporadische Reparaturen. Unabhängig von der eingesetzten Fertigungstechnologie werden diese Kosten wahrscheinlich anfallen.

Einer der Hauptfaktoren, der den 3D-Druck zu einer kosteneffizienten Option für zahlreiche Anwendungen macht, sind die minimalen Einrichtungskosten dieser Technologie. Dieser Aspekt macht den 3D-Druck besonders vorteilhaft für Teile mit geringeren Stückzahlen. Bei höheren Stückzahlen kann er jedoch auch preislich konkurrenzfähiger sein als die CNC-Bearbeitung und das Spritzgießen.

Welche Schlüsselfaktoren müssen zwischen 3D-Druck und Spritzgießen berücksichtigt werden?

Produktionszeit

Beim Vergleich von 3D-Druck und Spritzguss erweist sich die Produktionszeit als wesentliches Unterscheidungsmerkmal. Spritzgussverfahren, z. B. das Spritzgießen, erfordern Formen (Werkzeuge) für die Herstellung von Teilen. Die Entwicklung dieser Formen kann sich über 1 bis 2 Monate oder mehr erstrecken. Im heutigen Wettbewerb kann die Zeitspanne den schmalen Grat zwischen Erfolg und Misserfolg bestimmen. Diese besondere Phase der Produktion ist mit erheblichen Kosten verbunden, die eine Kleinserienproduktion wirtschaftlich unrentabel machen.

Mit dem 3D-Druck ändert sich jedoch das Paradigma. Da die Formgebungsphase umgangen wird, kann die Produktion schnell anlaufen, sobald das Design fertiggestellt ist. Dies führt zu einer kürzeren Markteinführungszeit und damit zu einem Wettbewerbsvorteil.

Kosten der Produktion

Der 3D-Druck verursacht keine zusätzlichen Kosten für jedes neu hergestellte Produkt. Das bedeutet, dass sowohl ein Teil als auch Hunderte von Teilen zu fast denselben Kosten hergestellt werden können. Dies ist beim Spritzguss nicht möglich, der oft teure Werkzeugstufen erfordert, die nur dann gerechtfertigt sind, wenn das Produkt in Serie produziert wird. Bei der Produktion von Kleinserien kann der 3D-Druck daher Produktionskosten einsparen.

Zweitens erfordern die herkömmlichen Produktions- und Montageschritte umfangreiche Maschineneinstellungen und Arbeitskosten. Der 3D-Druck kann diese Situation erheblich reduzieren oder sogar eliminieren, da er nur minimale manuelle Eingriffe erfordert, Werkzeugwechsel überflüssig macht und die Montagezeit verkürzt.

Effektivität

In Anbetracht der konstanten Kosten pro Einheit im 3D-Druck können unbegrenzte Produktanpassungen ohne große Kosten erreicht werden. Diese Eigenschaft unterstützt die Integration von Design-Thinking-Prinzipien, da Designer und Ingenieure das Produkt bei minimalen Kosten kontinuierlich verfeinern und verändern können. Indem sie sich auf die Entwicklung von Produkten konzentrieren, die den Kundenwünschen genau entsprechen, können Unternehmen ihren Umsatz potenziell steigern.

Durch die Senkung der mit jeder Design-Iteration verbundenen Kosten werden auch die mit der Produktentwicklung verbundenen Risiken minimiert. Folglich bringt der 3D-Druck höhere Risiken mit sich, die letztendlich zur Schaffung von besseren Produkten beitragen.

Außerdem erleichtern die festen Kosten pro Produkt die individuelle Anpassung. Durch die Anpassung der Produkte an die individuellen Kundenbedürfnisse wird das Markenerlebnis insgesamt verbessert.

Nachhaltigkeit

3D-Druck und Nachhaltigkeit sind eng miteinander verwoben. Bei konventionellen subtraktiven Fertigungsverfahren fällt überschüssiges Material an, das oft unbrauchbar ist.

Im Gegensatz dazu folgt der 3D-Druck den Prinzipien der additiven Fertigung, um Produkte von Grund auf neu zu erstellen und so den Abfall zu minimieren. Durch die Einbeziehung von Design for Additive Manufacturing (DfAM), Topologieoptimierung und generativem Design können Materialverbrauch und Produktgewicht reduziert werden. Leichtere Produkte haben das Potenzial, den Energieverbrauch bei Transport und Logistik um 40% bis 60% zu senken.

Die Komplexität stellt beim Spritzgießen eine große Herausforderung dar und wirkt sich auf die Produktkosten aus. Die Kompliziertheit der Teile ist ein Schlüsselfaktor, der die Kosten in die Höhe treibt. Komplexe Konstruktionen erfordern mehr Präzision und Fachwissen, was zu höheren Herstellungskosten führt. Je komplizierter das Design ist, desto höher sind die damit verbundenen Kosten.

Der 3D-Druck bietet der Fertigungsindustrie zahlreiche einzigartige Vorteile. Er beseitigt die mit der Herstellung komplexer Entwürfe verbundenen Konstruktionszwänge. Der Anstieg der Komplexität wirkt sich nicht wesentlich auf die Herstellungskosten aus, da der Preis pro Teil relativ stabil bleibt.

Darüber hinaus kann eine Teilekonsolidierung durchgeführt werden, indem mehrere Teile ohne zusätzliche Kosten zu einem einzigen Teil kombiniert werden, wodurch der Montageaufwand entfällt oder verringert und die Fertigungszeit verkürzt wird.

Der 3D-Druck beschleunigt die Entwicklung von Produkten von der Ideenphase bis hin zu tatsächlichen Prototypen und fertigen Produkten in einer noch nie dagewesenen Geschwindigkeit und übertrifft die Spritzgussverfahren bei weitem.

Wie bereits erwähnt, ist es in der Lage, mehrere Teile zu verschmelzen, wodurch die Notwendigkeit einer Montagephase entfällt und somit die Gesamtherstellungszeit eines bestimmten Produkts verkürzt wird.

Die Lagerhaltung ist ein entscheidender Aspekt, bei dem das Spritzgießen zu kurz kommt. Er lebt in erster Linie von der Massenproduktion und benötigt für die meisten Waren Ersatzteile. Folglich ist das Spritzgießen mit einem hohen Lagerbedarf verbunden, einschließlich der Kosten für Grundstücksmiete, Lagerinfrastruktur, Arbeitskräfte und mehr. Je länger der Bestand gelagert wird, desto geringer wird die Gewinnspanne.

Der 3D-Druck hat das Potenzial, den Lagerbetrieb zu revolutionieren, indem er die Fertigung auf Abruf und die Produktion von Kleinserien erleichtert, was zu erheblichen Kosteneinsparungen führt. Dieser Ansatz kann die Anforderungen an die Lagerhaltung effektiv minimieren und die Kosten für Ihr Unternehmen rationalisieren.

Die Personalisierung wird immer wichtiger, denn 71% der Verbraucher erwarten maßgeschneiderte Interaktionen, die ihnen das Gefühl geben, etwas Besonderes zu sein. Allerdings, Spritzgießen haben aufgrund der Beschränkungen herkömmlicher Produktionsmethoden oft Schwierigkeiten, ihre Produkte zu personalisieren.

Diese Techniken sind für die rasche Herstellung neuer Teile nicht geeignet, so dass erhebliche Investitionen in neue Maschinen, Designs und Formen erforderlich sind, um neue Produkte auf den Markt zu bringen. Solche Investitionen sind für Nischenmärkte möglicherweise nicht sinnvoll.

Im Gegensatz dazu bieten 3D-Drucker eine bemerkenswerte Flexibilität. Sie machen kostspielige neue Werkzeuge überflüssig und können ohne weiteres Produktänderungen vornehmen. Da keine zusätzlichen Kosten pro produzierter Einheit anfallen, erweist sich der 3D-Druck als kosteneffiziente Lösung für die Herstellung personalisierter Komponenten in großem Maßstab. Sollte also ein neuer Trend ein bestehendes Produkt stören, wird einfach das Design angepasst und der Druck fortgesetzt.

Kaufen Sie

Für Unternehmen, die den 3D-Druck in ihre Fertigungsabläufe integrieren möchten, ist die Beschaffung oder die anfängliche Kapitalinvestition nach wie vor eine kleine Hürde. Anstatt $1.000 in einen 3D-Drucker zu investieren, könnten Sie erwägen, Ihre 3D-Druckarbeiten auszulagern. Dies mag zwar als die bessere Option erscheinen, ist aber keine nachhaltige Langzeitstrategie.

Zukünftige Möglichkeiten

Der 3D-Druck entwickelt sich ständig weiter und bietet deutliche Vorteile für die Zukunft. Zahlreiche Branchen machen sich diese Technologie zunehmend zu eigen. Dies bedeutet, dass die Technologie kosteneffizienter voranschreiten wird, ihre Grenzen überwindet und bessere und neuartige Materialien, Technologien und umweltfreundlichere Herstellungsmethoden bietet.

Daher ist es besser, die Vorteile der 3D-Drucktechnologie eher früher als später zu nutzen. Das Spritzgießen erfordert eine groß angelegte Produktion, um die Vorlauf- und laufenden Kosten für Produktion, Werkzeugbau und Montage zu verteilen.

Die Herstellungskosten des 3D-Drucks sind unabhängig von der Stückzahl, so dass er bei kleineren Mengen kostengünstiger ist. Darüber hinaus bietet der 3D-Druck eine größere Designflexibilität und die Möglichkeit, Produkte mit einer einzigen Maschine herzustellen - eine Fähigkeit, die bei herkömmlichen Verfahren nicht immer gegeben ist.

Bei der Herstellung von kleinen bis mittelgroßen Objekten übertrifft der 3D-Druck viele herkömmliche Fertigungsmethoden an Geschwindigkeit. Diese höhere Geschwindigkeit ist auf die Zeit zurückzuführen, die bei der Erstellung von Werkzeugen für die Guss- und Formwerkzeuge im Spritzgussverfahren eingespart wird.

Der 3D-Druck bietet zahlreiche Vorteile für die Fertigung, wie z. B. Designflexibilität, die Fähigkeit zur Herstellung komplizierter Designs, personalisierte Massenproduktion und wirtschaftliche Fertigungstechniken in kleinen Stückzahlen.

Was sind die Vorteile des 3D-Drucks gegenüber dem Spritzgießen?

Beim 3D-Druck werden Objekte Schicht für Schicht hergestellt, im Gegensatz zu Spritzgussverfahren, bei denen Produkte aus größeren Materialblöcken geschnitten werden. Durch diesen Unterschied fällt beim 3D-Druck weniger Materialabfall an.

Es gibt eine breite Palette von 3D-Drucktechnologien, wie z. B. die direkte Energieabscheidung, Drucker auf Harzbasis (oder VAT-Polymerisation), Binder-Jetting, Materialextrusion, Material-Jetting, Pulverbettfusion und Folienlaminierung.

Alle Arten des 3D-Drucks können in diese Gruppen eingeteilt werden. Außerdem bietet die 3D-Drucktechnologie verschiedene Materialien für den Druck von Objekten. Zu den Branchen, in denen der 3D-Druck derzeit eingesetzt wird, gehören Robotik, Luft- und Raumfahrt, Automobilbau, Medizin, Zahnmedizin, Sport und andere Konsumgüter.

Der 3D-Druck bietet mehrere Vorteile gegenüber dem Spritzgießen, unter anderem:

Keine Einrichtungskosten

Spritzgießverfahren eignen sich hervorragend für die Massenproduktion, sind aber aufgrund der hohen Rüstkosten nicht geeignet, wenn es um die Herstellung von einzelnen Prototypen, Pilotteilen, Ersatzteilen, Kleinserien, Werkzeugen oder Vorrichtungen geht.

Durch den Einsatz der 3D-Drucktechnologie können Unternehmen von niedrigeren Einrichtungskosten und der direkten Herstellung von Teilen aus digitalen Modellen profitieren. Im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren sind beim 3D-Druck keine Formen mehr erforderlich, was eine kostengünstige Alternative für die Produktion darstellt.

Die Investition in einen vielseitigen 3D-Drucker ermöglicht die Herstellung von Teilen aus einer breiten Palette von Thermoplasten, von technischen Polymeren bis hin zu Hochleistungspolymeren und Polymerverbundstoffen. Diese Technologie bietet Flexibilität und Erschwinglichkeit, was sie zu einer idealen Fertigungslösung für eine Vielzahl von Anforderungen macht.

Kurze Lieferzeiten (schnelle Lieferung der Teile)

Aufnahme der Produktion durch Spritzgießen Verfahren umfasst den Formenbau, das Hochfahren der Fabrik und die Beschaffung von Materialblöcken. Dieser Prozess ist sehr zeitaufwändig und dauert im Durchschnitt zwischen 15 und 60 Tagen, bis die erste Charge von Teilen hergestellt ist. Im Gegensatz dazu entfallen diese Kosten beim 3D-Druck, der die Herstellung der ersten Teile innerhalb eines Tages ermöglicht.

Die Kombination aus kurzen Vorlaufzeiten und kosteneffizienter Fertigung erleichtert die rasche Markteinführung von Produkten. Außerdem ermöglicht sie schnelle Reaktionen und Echtzeit-Anpassungen von Teilen während der Produktion. Wenn Sie einen 3D-Drucker für den persönlichen Gebrauch einrichten, haben Sie die Autonomie, die benötigten Komponenten direkt und zeitnah nach Ihren Vorgaben herzustellen.

Vergleich der Stückkosten

Ein Vorteil des 3D-Drucks ist, dass die Komplexität der herzustellenden Teile die Herstellungskosten nicht erhöht. Die Stückkosten eines mit 3D-Druck hergestellten Teils bleiben unabhängig von der Produktionsmenge konstant, unabhängig davon, ob es sich um 1 Stück oder 1.000 Stück handelt. Diese Eigenschaft ist auf die Geometrie des Teils zurückzuführen, was den 3D-Druck zu einer idealen Fertigungslösung für die Herstellung von Serien innerhalb eines bestimmten Größenbereichs macht.

Keine Beschränkungen der Bestandsform

Bei den subtraktiven Fertigungsverfahren wird nach und nach Material aus dem Block entfernt, bis das Teil vollständig geformt ist. Bei dieser Art von Produktionsverfahren ergeben sich zwei wesentliche Herausforderungen. Erstens kommt es zu einem erheblichen Materialverlust, der oft 70-80% des ursprünglichen Blocks ausmacht. Zweitens gibt es Einschränkungen bei der Verfügbarkeit von Materialblöcken, insbesondere bei Hochleistungspolymeren und Polymerverbundwerkstoffen.

Im Gegensatz dazu gibt es beim 3D-Druck keine solchen Beschränkungen. Die Teile werden mit minimalem Materialverlust hergestellt und ermöglichen komplizierte Geometrien und eine Vielzahl integrierter Funktionen. Die Beschaffung eines 33x18x18 cm großen Blocks aus PEEK- oder ULTEM-Materialien könnte sich beispielsweise als schwierig, wenn nicht gar unmöglich erweisen. Selbst wenn er erhältlich wäre, würden die Kosten wahrscheinlich eher in die Tausende als in die Hunderte von Euro gehen.

Eine beträchtliche Menge an Rohmaterial, das in der Fabrikhalle zu Kunststoffscherben wird und 70% Abfall ausmacht, unterstreicht das Problem des erheblichen Materialabfalls.

Der 3D-Druck kann Teile im gleichen Größenbereich zu einem Bruchteil der Kosten im Vergleich zu maschinell gefertigten Teilen herstellen. Diese Technologie bietet eine unvergleichliche Designflexibilität und ermöglicht es Designern, sich von den traditionellen Beschränkungen zu lösen, bei denen die Ausgangsform des Rohmaterials den Ausgangspunkt des Designprozesses bestimmt.

Effiziente Bestandsverwaltung

Anders als Spritzgießen Verfahren ermöglicht der 3D-Druck die Herstellung von Teilen auf Abruf direkt dort, wo sie benötigt werden. Dies führt zu einer Verringerung des Bedarfs an Lagerbeständen und macht die Lagerverwaltung effizienter.

Für Teile, die mit herkömmlichen Methoden in großen Mengen hergestellt werden, ermöglicht der 3D-Druck die Produktion von Einzelteilen nach Bedarf. In diesem Szenario muss ein Lager nur ein Ersatzteil pro Artikel vorhalten.

Wenn ein Teil in Betrieb genommen wird, wird ein Ersatzteil generiert und steht am nächsten Tag im Regal. Durch die Nutzung der Möglichkeiten des 3D-Drucks werden Lagerhäuser im Wesentlichen virtuell, was zu einer erheblichen Verringerung des benötigten Lagerraums und der damit verbundenen Kosten führt.

Hochgradig anpassbar

Einzelteile, Prototypen und Produktionshilfsmittel können im 3D-Druck zu deutlich niedrigeren Kosten als im Spritzgussverfahren hergestellt werden. Dies ermöglicht kühne Design-Experimente und fördert das "Out-of-the-Box"-Denken, was oft zu bedeutenden Innovationen führt.

Darüber hinaus ist die Möglichkeit, unbegrenzte Änderungen an bestehenden Produkten auf der Grundlage von Kundenfeedback vorzunehmen, von entscheidender Bedeutung für die Gewährleistung eines optimalen Kundenerlebnisses. Wenn Unternehmen die Möglichkeiten des 3D-Drucks nutzen, können sie die Kosten und die Geschwindigkeit der iterativen Produktentwicklung im Vergleich zu Spritzgussverfahren um bis zu 90% senken.

Darüber hinaus können mit der 3D-Drucktechnologie Prototypen mit echten Materialien aus verschiedenen Industriezweigen erstellt werden, wodurch sichergestellt wird, dass es sich bei den Teilen um authentische Funktionsprototypen und nicht um bloße optische Nachbildungen handelt. Darüber hinaus ermöglicht diese Technologie auch die Herstellung von Pilotteilen oder in Zukunft sogar ganzen Produktionsserien.Einstellungen und Werkzeuge.

Einrichtungs- und Werkzeugkosten sind ein weiterer Bereich, in dem der 3D-Druck eindeutig überragend ist, da er in beiden Bereichen keine Investitionen erfordert. Im Gegensatz dazu fallen beim Spritzgießen Werkzeugkosten und oft auch Einrichtungsgebühren an, wenn ein Teil geformt wird. Wie bereits erwähnt, kann die DFM-Analyse dazu beitragen, die Werkzeugkosten zu senken, aber es besteht immer noch die Möglichkeit, dass der Werkzeugbau erhebliche Vorlaufkosten verursacht.

Darüber hinaus bietet der 3D-Druck unglaubliche Möglichkeiten, die Anzahl der Teile zu verringern, leichtere und strukturell stärkere Komponenten herzustellen und die Montagekosten zu senken. Durch die Herstellung von Teilen mithilfe der 3D-Drucktechnologie können Teileigenschaften erreicht werden, die mit herkömmlichen Methoden entweder nicht oder nur unter größeren Schwierigkeiten zu realisieren sind.

Es ist wichtig zu bedenken, dass für den 3D-Druck keine Vorrichtungen, Formen oder verschiedene Arten von Werkzeugen erforderlich sind. Dies trägt dazu bei, die bisher beobachteten zusätzlichen Kosten auszugleichen. Entscheidend ist der Gesamtwert des 3D-Drucks, der sich für eine wachsende Zahl von Anwendungen und Branchen als bemerkenswert erweist. Im Laufe der Zeit könnten bestimmte mit dem 3D-Druck verbundene Zusatzkosten die Herstellungskosten senken und zu größerer Designflexibilität und höherer Qualität der Teile führen.

Schlussfolgerung

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Spritzgießen in erster Linie auf die Produktion ausgerichtet ist, während der 3D-Druck in der gesamten Lieferkette einen Mehrwert schafft. Der 3D-Druck ermöglicht eine höhere Design- und Fertigungsflexibilität, Materialeinsparungen, geringere Lager- und Versandkosten, kürzere Markteinführungszeiten, verbesserte Produktqualität und Kosteneffizienz.

Im Vergleich zum Spritzgießen bietet der 3D-Druck schnellere Produktiterationen und Kosteneinsparungen. Falls nach dem 3D-Druck eines Teils ein Konstruktionsfehler entdeckt wird, kann die CAD-Datei innerhalb weniger Tage angepasst und für eine weitere Iteration gedruckt werden.

Andererseits verursacht jede Konstruktionsänderung beim Spritzgießen erhebliche Kosten für die Nachbearbeitung der Form. Außerdem erfordert das Spritzgießen oft eine aufwändigere Konstruktionsarbeit im Vorfeld, da die Herstellung der Form ein komplexer Prozess ist, bei dem mehrere Faktoren zu berücksichtigen sind.

Die Kosteneffizienz des 3D-Drucks im Vergleich zu Spritzgießen Methoden variiert je nach Faktoren wie Materialien, Designkomplexität, Durchsatz und Qualitätsanforderungen. Für die Produktion von Kleinserien, Prototypen oder komplexen Designs kann der 3D-Druck kostengünstiger sein. Für die Großserienproduktion können jedoch Spritzgussverfahren wie das Spritzgießen oder die CNC-Bearbeitung niedrigere Stückkosten bieten.