Einleitung: 3D-Druck ist eine tolle Sache, aber er wird das herkömmliche Spritzgießen nicht so bald ersetzen. Beide haben ihre Vor- und Nachteile und können sich in verschiedenen Bereichen gegenseitig übertreffen.

Der 3D-Druck eignet sich gut für kleine Auflagen und die Herstellung von Prototypen, aber Spritzgießprozess In diesem Artikel geht es darum, warum der 3D-Druck das Spritzgießen nicht ersetzen wird.

Was ist 3D-Druck?

Beim 3D-Druck handelt es sich um eine additive Fertigung, d. h. das Ausgangsmaterial wird Schicht für Schicht aufgebaut. Beim 3D-Druck entstehen dreidimensionale Objekte, indem ein virtueller Computerentwurf gelesen und die Form mit Hilfe von Materialien, Filamenten oder Pulvern nachgebildet wird.

Was ist Spritzgießen?

Das Spritzgießen ist eine Möglichkeit, Dinge aus Kunststoff herzustellen. Bei diesem Verfahren wird ein Kunststoffmaterial erhitzt, bis es schmilzt. Der geschmolzene Kunststoff wird dann unter hohem Druck in eine Form gepresst. Nachdem der Kunststoff abgekühlt ist, wird die Form geöffnet und das Teil entnommen.

Beim Spritzgießen ist die Wahl des richtigen Werkzeugmaterials entscheidend für die Haltbarkeit und die Produktionseffizienz der Stahlformen.

Was sind die Kostenvergleiche zwischen Spritzgießen und 3D-Druck?

Die Gesamtkosten eines Fertigungsprojekts sind von großer Bedeutung, da sie darüber entscheiden, ob Ihr Produkt erfolgreich sein wird oder nicht. Die Gesamtkosten hängen von verschiedenen Faktoren ab, wie z. B. Einrichtungskosten, Werkzeugkosten und Arbeitskosten.

Im Folgenden finden Sie die Unterschiede zwischen den Kosten für Spritzguss und 3D-Druck sowie eine Aufschlüsselung der jeweiligen Kosten.

Kosten für die Ersteinrichtung

Die Vorlaufkosten für das Spritzgießen sind höher, weil die Ausrüstung, die Konstruktion und die Herstellung der Form teurer sind. Zum Beispiel kann selbst eine kleine Form (10 x 10 cm) $5000 bis $10.000 kosten. Allerdings kann die Form für eine lange Zeit verwendet werden.

Beim 3D-Druck fallen jedoch nur die Kosten für den Drucker und die Materialien an, die für den Start des Projekts benötigt werden. Er ist auch räumlich flexibel, da es Drucker in allen Größen gibt, von kleinen Desktop-3D-Druckern bis hin zu großen industriellen Druckern.

Bearbeitungskosten

Wie ich bereits erwähnt habe, tragen die Kosten für Spritzgussformen anfangs stark zu den Gesamtkosten der Form bei, aber je mehr Teile Sie herstellen, desto geringer werden die Kosten. Beim 3D-Druck sind die Kosten für die Gussform ebenfalls von vornherein niedriger.

Auch die Kosten für Spritzgießen Dazu gehören Dinge wie Steuergeräte, Entnahmesysteme und andere Kleinigkeiten, die die Kosten für die Form erhöhen.

Materialkosten

Erstens kaufen Hersteller für Spritzgießprojekte oft Materialien in großen Mengen, weil sie im Allgemeinen gut für große Mengen sind. Das spart Geld. Außerdem können beim Spritzgießen relativ minderwertige Materialien verarbeitet werden, ohne die Produktleistung zu beeinträchtigen.

Aber bei SLS füllt man die Baukammer mit Pulver. Das Pulver kann zwar wiederverwendet werden, aber es ist nicht so effizient und teurer. Außerdem benötigen einige Anwendungen Materialien mit besonderen Eigenschaften (wie hohe Festigkeit, Flexibilität oder thermische Stabilität), um die gewünschte Leistung zu erzielen. Diese Materialien sind teurer als die beim Spritzgießen verwendeten Standardkunststoffe.

Arbeitskosten

Schließlich unterscheiden sich die Arbeitskosten zwischen dem 3D-Druck und dem Spritzguss, da sie die Gesamtkosteneffizienz beeinflussen. Der hohe Automatisierungsgrad des 3D-Drucks senkt die Arbeitskosten für kleine Chargen, komplexe oder kundenspezifische Teile. Menschliches Eingreifen ist nur für die Einrichtung, Überwachung und Nachbearbeitung erforderlich.

Das Spritzgießen ist ebenfalls ein automatisiertes, fortschrittliches Fertigungsverfahren, aber die Komplexität der Formkonstruktion und -wartung führt zu höheren Arbeitskosten als beim 3D-Druck.

Was sind die Hauptunterschiede zwischen Spritzgießen und 3D-Druck?

Band

Formen sind beim Spritzgießen eine große Sache. Man muss Formen entwerfen und herstellen. Deshalb eignet sich das Spritzgießen nicht so gut für die Herstellung von Prototypen und Kleinserien. Beim 3D-Druck hingegen gibt es keine derartigen Probleme mit den Werkzeugen. Sobald Sie Ihren 3D-druckfähigen Entwurf und das Filament haben, kann die Maschine Ihren Entwurf ohne viel Aufhebens umsetzen.

Der 3D-Druck eignet sich also hervorragend für die Herstellung von Prototypen in Tausenden von Exemplaren, es sei denn, andere Technologien können die von Ihnen benötigte Komplexität nicht bewältigen. Eine weitere coole Sache ist, dass 3D-gedruckte Spritzgussformen für den Kunststoffguss sehr beliebt sind. Aber Spritzguss ist für mittlere bis große Auflagen super günstig. Sobald man die Form hergestellt hat, kann man Millionen von Zyklen durchführen.

Entwurfskomplexität und Anpassung

Der 3D-Druck ist der König, wenn es um Komplexität geht, vor allem wenn man Spritzguss mit 3D-Druck vergleicht. Er kann scharfe Ecken, Hinterschneidungen und andere komplexe Merkmale realisieren. Das Spritzgießen hingegen hat einige Einschränkungen bei komplexen Geometrien, wie z. B. gerade Entformungswinkel, Materialfluss an scharfen Ecken usw.

Und wenn Sie Tausende von Teilen herstellen, ist der 3D-Druck aus denselben Gründen besser für kundenspezifische Teile und Produkte geeignet.

Teil Größe

Erstens ist das Spritzgießen flexibel für eine Vielzahl von Größen, von kleinen Elektronikgehäusen bis hin zu großen Stoßstangen für Autos. Allerdings müssen Sie die entsprechenden Spritzgießmaschinen und Werkzeuge (Formen) verwenden. Große Spritzgießmaschinen können zum Beispiel Teile mit einer Länge von bis zu 1,5 Metern oder mehr formen.

Normalerweise sind 3D-Drucker besser für kleine Komponenten und Produkte geeignet. Jüngste Innovationen haben jedoch die Größenmöglichkeiten von 3D-gedruckten Produkten und Teilen erweitert (300 mm x 300 mm x 400 mm oder größer).

Teiletoleranzen

Beim 3D-Druck sind die Toleranzen enger als beim Spritzgießen. Bei spritzgegossenen Kunststoffteilen liegen sie zwischen ±0,05 mm und ±0,50 mm. Bei gedruckten 0,127D-Bauteilen hingegen können die Toleranzen bis zu ±3 mm betragen.

Außerdem hängen die Toleranzen von der Art des Materials, der Technologie, den Werkzeugen, der Ausrüstung und der Fertigungserfahrung ab.

Durchlaufzeit

Die Herstellung einer Spritzgussform ist ein präziser und zeitaufwändiger Prozess, der zwischen einigen Wochen und einigen Monaten dauern kann. Mit dem 3D-Druck und anderen Arten von Spritzgießwerkzeugen können Sie den Zeitaufwand verringern. Sobald die Form fertig ist, wird das Spritzgießen sehr effizient und verkürzt die Durchlaufzeiten.

Andererseits ermöglicht der 3D-Druck einen schnellen Durchlauf bei der Erstproduktion. Das liegt daran, dass keine Werkzeuge wie Gussformen benötigt werden und die Einrichtungszeit viel kürzer ist.

Stärke

Der Unterschied in der Festigkeit zwischen 3D-gedruckten und spritzgegossenen Teilen liegt in der Art ihrer Herstellung. Erstens: Wie stark sind 3D-gedruckte Teile? 3D-gedruckte Teile werden durch den Aufbau von Schichten hergestellt, was sie schwächer und weniger steif in der seitlichen Richtung der Kraft macht.

Auf der anderen Seite werden Formteile aus einem einzigen Guss hergestellt. Das macht sie stabiler. Durch die Hitze und den Druck beim Gießen von Kunststoffen werden Luftblasen entfernt und das Material wird vollständig verschmolzen.

Beim Spritzgießen erhalten Sie also ein stärkeres, steiferes Teil als beim 3D-Druck. Das Einzige, woran Sie denken müssen, ist das Material, denn die endgültige Festigkeit hängt auch davon ab, welche Art von Rohmaterial Sie verwenden.

Oberfläche

Vergleichen wir nun, wie die Teile aussehen. Wenn das geschmolzene Material durch Druck und Hitze in die Form der Gussform gepresst wird, wird die Oberfläche glatt, wenn es abkühlt und aushärtet. Es kommt aber auch darauf an, wie glatt die Wände der Form sind.

Andererseits können 3D-gedruckte Objekte einige sichtbare Materialschichtlinien aufweisen. Die Rauheit (Ra) von 3D-gedruckten Kunststoffprodukten liegt normalerweise zwischen 1,6 und 25 µm. Bei gegossenen Teilen liegt sie dagegen bei 0,1 bis 0,2 Mikrometer.

Materialabfälle

Beim Spritzgießen fällt Materialabfall an. Er entsteht bei Anschnitten, Angüssen und Gussgraten. Aber man kann es im nächsten Zyklus wieder verwenden.

Andererseits ist der 3D-Druck sehr materialsparend. Es wird kein Material verschwendet (außer manchmal bei Strukturträgern).

Was sind die Vor- und Nachteile des Spritzgießens?

Was sind die Vorteile des Spritzgießens?

Es zeichnet sich durch hohe Produktivität und niedrige Stückkosten aus, insbesondere bei der Massenproduktion. Beim Spritzgießen bleiben die hergestellten Teile von Charge zu Charge präzise. Sie können Formen herstellen, die komplexe Merkmale und Hinterschneidungen verarbeiten. Das Verfahren kann für alles Mögliche verwendet werden, von Autotürgriffen bis zu medizinischen Spritzen.

Dabei bleiben die ursprünglichen mechanischen Eigenschaften des Materials erhalten oder werden verbessert. Die Teile, die aus der Form kommen, sehen großartig aus, so dass man nicht viel nachbearbeiten muss.

Was sind die Nachteile des Spritzgießens?

Der erste Nachteil sind die hohen Vorabinvestitionen in Spritzgießmaschinen und Spritzgussformen. Komplexe Teilegeometrien sind aufgrund von Konstruktionseinschränkungen wie Entformungswinkel und Materialfluss begrenzt. Die Stückkosten sind für kleine Chargen zu hoch. Der Kunststoffabfall wirft Fragen der Nachhaltigkeit und Umweltprobleme auf.

Was sind die Vor- und Nachteile des 3D-Drucks?

Was sind die Vorteile des 3D-Drucks?

Die Anfangsinvestitionen für die Einrichtung und die Werkzeuge sind gering, so dass das Verfahren für die Kleinserienfertigung kostengünstig ist. Es können komplexere Formen hergestellt werden als Spritzgießenund Designänderungen können schnell angepasst werden.

3D-Drucker können schnell Prototypen für Design-Iterationen und die Produktentwicklung herstellen. Durch den 3D-Druck können hochgradig individuelle Teile hergestellt werden. Da es sich um ein additives Verfahren handelt, entsteht weniger Abfall als bei subtraktiven Technologien.

Was sind die Nachteile des 3D-Drucks?

Der 3D-Druck für die Massenproduktion ist im Allgemeinen langsamer als das Spritzgießen. Er kann jedoch effektiv sein, wenn die Komplexität des Designs nicht mit dem Spritzgussverfahren vereinbar ist. Die Größe der Teile ist durch die Bettgröße und die Möglichkeiten des Druckers begrenzt. Gedruckte Oberflächen weisen oft Schichtlinien auf. Daher können zusätzliche Nachbearbeitungsprozesse erforderlich sein, um eine glatte Oberfläche zu erhalten.

Wie man sich entscheidet: Spritzgießen oder 3D-Druck?

Bei der Entscheidung zwischen Spritzguss und 3D-Druck für die Produktion gibt es einige wichtige Faktoren zu beachten.

Teil Charge

Die Anzahl der Teile, die Sie benötigen, ist ein wichtiger Faktor bei der Entscheidung, welches Verfahren Sie verwenden sollten. Spritzguss eignet sich hervorragend für die Herstellung einer großen Anzahl von Teilen (1000+ Teile pro Lauf). Wenn Sie nur ein paar Teile benötigen (weniger als 10), ist der 3D-Druck billiger und einfacher.

Wenn Sie einfache 3D-Druckverfahren wie FDM oder SLS mit billigen Kunststoffen wie ABS, PC oder Nylon verwenden und ein oder mehrere Teile (gleiche und ungleiche) herstellen möchten, ist der 3D-Druck definitiv die richtige Wahl. MJF ist auch eine gute Option für die Herstellung mittlerer Mengen (10-1000) und ist sehr verbreitet.

Zusammenfassend lässt sich sagen: Wenn Sie viele Teile herstellen, Spritzgießen ist der richtige Weg. Wenn Sie nur wenige Teile herstellen wollen, ist der 3D-Druck die richtige Wahl.

Entwurfskomplexität

Um ein Teil im Spritzgussverfahren herzustellen, müssen Sie zunächst eine Form anfertigen. Man macht keine Form für das Teil, sondern für das Design des Teils. Die Konstruktion eines CAD-Modells für das Spritzgießen ist nicht einfach, denn es gibt viele Dinge zu bedenken.

Wenn Ihr Teil zum Beispiel rechtwinklig ist, ist es schwierig, es aus der Form zu bekommen. Wenn Sie empfindliche Bereiche haben, müssen Sie damit sehr vorsichtig sein. Wenn Sie aber etwas Komplexes herstellen wollen, ist der 3D-Druck die beste Lösung. Egal, wie komplex das Design ist, der 3D-Druck kann es mit sehr wenig Aufwand realisieren.

Vergewissern Sie sich abschließend, dass Ihr Entwurf spritzgegossen werden kann. Ist das nicht der Fall, ändern Sie es. Wenn ja, sollten Sie über 3D-Druck nachdenken.

Iterationszeit

Das Spritzgießen nimmt viel Zeit in Anspruch, weil man das Design analysieren und eine perfekte Form dafür bauen muss (10-20 Tage). Der 3D-Druck hat eine viel kürzere Vorlaufzeit als das Spritzgießen. Bei Xometry können Sie 3D-gedruckte Teile in nur 3 Tagen erhalten.

Fazit: Wenn Sie das Teil sofort benötigen, sollten Sie den 3D-Druck nutzen.

Personalisierung

Sobald Sie die Form für das Spritzgießen gebaut haben, ist es teuer und zeitaufwändig, sie zu ändern. Das Spritzgießen eignet sich nicht für die Anpassung von Teilen oder für Änderungen an einem bestehenden Design. Was Sie aus der Form bekommen, ist das endgültige Teil, und es ist sehr schwierig, es zu ändern.

Andererseits eignet sich der 3D-Druck hervorragend für die individuelle Gestaltung von Teilen. Alles, was Sie brauchen, ist eine modifizierte oder angepasste CAD-Datei. Es ist also ideal für das Prototyping und das Testen von Teilen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Sie den 3D-Druck verwenden sollten, wenn Sie einen Prototyp herstellen oder etwas individuell gestalten möchten.

Materialstärke

Spritzgegossene Teile werden aus einem einzigen Stück gefertigt, was sie stabiler macht, da es keine Nähte oder Schwachstellen gibt. 3D-gedruckte Teile werden Schicht für Schicht hergestellt, was sie schwächer macht. 3D-gedruckte Teile haben sichtbare Linien und strukturelle Defekte, die bei spritzgegossenen Teilen normalerweise nicht zu sehen sind.

Zusammenfassend lässt sich sagen: Wenn Sie etwas Starkes brauchen, entscheiden Sie sich für Kunststoffspritzguss.

Oberfläche

Auch wenn die 3D-gedruckten Schichten klein sind und dicht beieinander liegen, kann man sie dennoch sehen. Das bedeutet, dass die Oberfläche des fertigen Objekts holprig ist, egal wie detailliert die Schichten sind. Das ist ein Problem, wenn man Dinge herstellen will, die an anderen Dingen reiben, wie Maschinenteile, die sich berühren und bewegen. Sie müssen die Oberfläche nach dem Druck glätten, was zusätzliche Arbeit bedeutet.

Im Gegensatz dazu wird beim Einspritzen von Kunststoff in eine Form der Kunststoff als eine einzige Schicht mit einer glatten Oberfläche eingebracht. Sie müssen sich keine Gedanken über Formlinien und Schichten machen. Außerdem können Sie spritzgegossene Teile nach der Herstellung glätten.

Schlussfolgerung: Wenn Sie eine schöne Oberfläche wünschen, sollten Sie sich für das Spritzgießen entscheiden.

Materialverlust

Das Spritzgießen ist effizient, weil nur das für jedes Design benötigte Material verwendet wird. Das macht es zu einem großartigen Verfahren für die Massenproduktion von Objekten, ohne dass man sich Gedanken über Abfall machen muss. Auf der anderen Seite verlieren einige 3D-Drucktechnologien beim Aufbau von Stützstrukturen Material, und selbst wenn das Materialpulver wiederverwendet werden kann, kann es nur wenige Male wiederverwendet werden, bevor es nicht mehr so gut funktioniert.

Fazit: Beim 3D-Druck fällt nicht viel Abfall an, wie z. B. Stützstrukturen, die bei misslungenen Druckvorgängen in der Nachbearbeitung entfernt werden müssen. Bei der Herstellung von Einzelstücken oder Kleinserien ist der Abfall jedoch nicht so groß, während er bei großen Serien enorm ist. Wenn Sie also eine große kundenspezifische Charge haben, sollten Sie über Spritzguss nachdenken, weil Sie sich keine Gedanken über Materialabfälle machen müssen.

Schlussfolgerung

Beide Verfahren sind gut für die Herstellung von Kunststoffen, aber sie sind für unterschiedliche Dinge gut. Spritzgießen ist gut für die Herstellung vieler kleiner bis großer komplizierter Teile. Der 3D-Druck eignet sich für die Herstellung einiger weniger, aber komplizierter Teile. Der 3D-Druck wird also nicht die traditionelle Herstellung von Spritzgussteilen ersetzen.