Das **Spritzgießen (IM)** erfordert erhebliche Vorabinvestitionen in Werkzeuge, bietet aber niedrige Stückkosten und ist damit die kostengünstigste Lösung für die Großserienproduktion (in der Regel >500-1.000 Stück). Die **Computer Numerical Control (CNC)-Bearbeitung** hat nahezu keine Einrichtungskosten, aber hohe Stückkosten aufgrund der Maschinenzeit und des Materialabfalls, was sie ideal für die Herstellung von Prototypen und Kleinserien macht. Die Wahl hängt davon ab, den "Break-even-Punkt" zu finden, an dem die Amortisierung der Werkzeuge durch die Einsparungen beim Stückpreis übertroffen wird.
Definitionen
- Spritzgießen (IM): Ein formgebendes Herstellungsverfahren, bei dem geschmolzenes Material (in der Regel thermoplastischer Kunststoff) unter hohem Druck in eine speziell angefertigte Metallform gespritzt wird. Es ist ein Standardverfahren für die Massenproduktion.
- CNC-Bearbeitung (Computer Numerical Control): Ein subtraktives Fertigungsverfahren, bei dem computergesteuerte Schneidwerkzeuge Material aus einem massiven Block (Rohteil) entfernen, um das endgültige Teil zu formen.
- Breakeven-Punkt: Die Produktionsmenge, bei der die Gesamtkosten des Spritzgießens (Werkzeug + Stückkosten × Menge) den Gesamtkosten der CNC-Bearbeitung (Stückkosten × Menge) entsprechen.
Das Spritzgießen wird kosteneffizienter als die CNC-Bearbeitung, wenn die Produktionsmengen über den Break-even-Punkt hinausgehen.Wahr
Das Spritzgießen ist zwar mit hohen Vorlaufkosten für die Werkzeuge verbunden, doch aufgrund der geringen Zykluszeit und der niedrigen Stückkosten sinken die Gesamtprojektkosten pro Teil bei hohen Stückzahlen erheblich.
Die CNC-Bearbeitung ist bei der Herstellung von Kunststoffteilen immer teurer als das Spritzgießen.Falsch
Bei geringen Stückzahlen (1-100 Teile) oder Prototypen ist die CNC-Technik kostengünstiger, da die teuren Kosten für die Herstellung von Formen, die beim Spritzgussverfahren erforderlich sind, entfallen.
Wichtige Kostentreiber und Parameter
In der folgenden Tabelle werden die wichtigsten wirtschaftlichen und technischen Variablen verglichen, die die Kosten der beiden Verfahren beeinflussen.
| Parameter | Spritzgießen (IM) | CNC-Bearbeitung |
|---|---|---|
| Vorabkosten (NRE) | Hoch ($3.000 - $100.000+) für die Konstruktion und Herstellung von Formen | Niedrig ($0 - $500) für CAM-Programmierung und Vorrichtungen |
| Kosten pro Einheit | Niedrig ($0.10 - $10.00) | Hoch ($5.00 - $200.00+) |
| Zykluszeit | Sekunden (15s - 60s typisch) | Minuten bis Stunden |
| Materialabfälle | Gering (Kufen können oft nachgeschliffen/recycelt werden) | Hoch (Subtraktiver Prozess erzeugt Späne) |
| Toleranz Standard | DIN 16742 / ISO 20457 (Loser) | ISO 2768 (strenger) |
| Skalierungskosten | Linear (Kosten fallen schnell mit dem Volumen) | Konstant (Kosten pro Einheit bleiben hoch) |
| Oberfläche | Glatt/Texturiert (definiert durch die Politur der Form) | Sichtbare Werkzeugspuren (Nachbearbeitung erforderlich) |
Vorteile und Benachteiligungen
Spritzgießen
| Vorteile | Benachteiligungen |
|---|---|
| Skalenvorteile: Äußerst niedrige Stückkosten für große Auflagen. | Hohe Eintrittsbarriere: Gussformen sind teuer und ihre Herstellung dauert Wochen. |
| Reproduzierbarkeit: Millionen von identischen Teilen mit minimaler Abweichung. | Design-Einschränkungen: Erfordert Entformungsschrägen, gleichmäßige Wandstärke. |
| Material-Optionen: Eine breite Palette von Polymeren und Additiven ist verfügbar. | Schwierigkeit der Modifizierung: Das Auswechseln einer Stahlform ist kostspielig und langsam. |
| Komplexe Geometrie: Kann komplexe Formen mit Schiebereglern/Liftern erstellen. | Anfängliche Vorlaufzeit: T1-Proben können 2-8 Wochen dauern. |
CNC-Bearbeitung
| Vorteile | Benachteiligungen |
|---|---|
| Geschwindigkeit: Teile können innerhalb von 24-48 Stunden hergestellt werden. | Hohe variable Kosten: Maschinenzeit ist teuer und linear. |
| Präzision: Hervorragende Toleranzen (±0,01 mm ist Standard). | Geometrie-Grenzen: Hinterschneidungen oder tiefe Innentaschen lassen sich nicht leicht bearbeiten. |
| Gestaltungsfreiheit: Keine Entformungsschrägen erforderlich; gleichmäßige Wände sind nicht erforderlich. | Materialabfälle: Sie zahlen für den Block, nicht nur für das endgültige Teilvolumen. |
| Stärke: Die Teile sind isotrop (gleichmäßige Festigkeit in allen Richtungen). | Werkzeugverschleiß: Die Fräser nutzen sich ab und beeinträchtigen die Oberflächengüte über lange Zeiträume. |
CNC-gefertigte Teile weisen in der Regel isotrope strukturelle Eigenschaften auf.Wahr
Da CNC-Teile aus einem massiven stranggepressten oder gegossenen Block geschnitten werden, sind die Materialeigenschaften im Allgemeinen in allen Richtungen gleichmäßig, im Gegensatz zu gegossenen Teilen, die Fließlinien aufweisen.
Sie können genau dieselbe 3D-CAD-Datei sowohl für die CNC-Bearbeitung als auch für das Spritzgießen verwenden, ohne sie zu verändern.Falsch
Das Spritzgießen erfordert spezielle DFM-Merkmale (Design for Manufacturing) wie Entformungswinkel und gleichmäßige Wandstärken, die bei CNC nicht erforderlich sind.
Anwendungsszenarien: Wann sollte man was verwenden?
Wählen Sie CNC-Bearbeitung, wenn:
- Das Volumen ist gering: Die Produktion läuft unter 100-300 Einheiten.
- Geschwindigkeit ist entscheidend: Sie benötigen funktionsfähige Teile innerhalb von 1-3 Tagen.
- Design ist fließend: Der Entwurf ist noch in der Entwicklung; die Änderung einer CAD-Datei ist kostenlos, die Änderung einer Form nicht.
- Enge Toleranzen: Das Teil erfordert Präzisionspassungen (z. B. H7-Passungen), die mit schrumpfungsanfälligen Kunststoffen nicht gehalten werden können.
- Hohe Wanddicke: Das Teil erfordert dicke massive Abschnitte, die beim Gießen Einfallstellen verursachen würden.
Wählen Sie Spritzgießen, wenn:
- Das Volumen ist hoch: Die Produktion übersteigt 500-1.000 Einheiten pro Jahr.
- Die Kosten pro Teil sind wichtig: Die Zielstückliste (Bill of Materials) ist streng.
- Komplexe Oberflächenausführungen: Bestimmte Texturen (z. B. VDI 3400) oder Hochglanzoberflächen müssen sofort verfügbar sein.
- Insert Molding: Dabei müssen Sie Metalleinsätze oder Messinggewindefittings einkapseln.
- Gewichtsreduzierung: Das Design nutzt dünne Wände und Rippen für ein effizientes Verhältnis von Stärke und Gewicht.
Schrittweiser Prozess: Berechnung des Breakeven-Punktes
Um den genauen Punkt zu bestimmen, an dem Spritzgießen billiger wird als CNC, folgen Sie diesem Berechnungsablauf:
-
Zitate einholen:
- Holen Sie sich ein verbindliches Angebot für die Form (Werkzeugbau) Kosten [T(im)] und Geformte Einheit Kosten [U(im)].
- Holen Sie sich ein Angebot für die CNC-Einheit Kosten [U(cnc)] (die Einrichtung wird in der Regel in den Stückkosten oder minimal amortisiert).
-
Wenden Sie die Formel an:
Die Break-even-Menge (Q) ist der Punkt, an dem sich die Gesamtkosten decken.
T(im) + [U(im)×Q] = U(cnc)×QLösen für Q:
Q = T(im)/[U(cnc)- U(im)] -
Analysieren Sie das Ergebnis:
- Wenn Ihr gewünschtes Volumen < Q ist, bleiben Sie bei CNC.
- Wenn Ihr benötigtes Volumen > Q ist, investieren Sie in Spritzgießen.
-
Berücksichtigen Sie die Vorlaufzeit:
- Wenn die Gewinnschwelle bei 400 Einheiten liegt, Sie diese aber benötigen nächste WocheDie Kostenersparnis beim Gießen ist aufgrund der 4-wöchigen Vorlaufzeit für die Werkzeugherstellung irrelevant.
Das Spritzgießen ermöglicht die Integration komplexer Oberflächentexturen direkt aus dem Werkzeug.Wahr
Formhohlräume können chemisch geätzt oder durch Erodieren strukturiert werden, um jedem Teil automatisch ein bestimmtes Finish zu verleihen (z. B. ledernarbig oder matt).
Bei der CNC-Bearbeitung entsteht weniger Materialabfall als beim Spritzgießen.Falsch
CNC ist subtraktiv und verwandelt große Teile des Rohblocks in Abfallspäne, während beim Spritzgießen nur dort Material hinzugefügt wird, wo es benötigt wird, und die Angüsse häufig wiederverwendet werden.
FAQ: Spritzgießen vs. CNC-Kosten
1. Was ist die typische Break-even-Menge zwischen CNC und Spritzguss?
Sie variiert zwar je nach Komplexität der Teile, aber die Gewinnschwelle liegt normalerweise zwischen 200 und 500 Einheiten. Bei einfachen Teilen bleibt die CNC-Bearbeitung länger billig. Bei komplexen Teilen, bei denen die CNC-Bearbeitung Stunden dauert, wird das Spritzgießen schneller billiger (oft um 100 Stück). Siehe ZetarMold's Kostenführer1 für aktuelle Marktdurchschnitte.
2. Warum ist die CNC-Bearbeitung pro Stück teurer?
Die CNC-Kosten werden bestimmt durch Maschinenzeit. Wenn die Bearbeitung eines Teils 30 Minuten dauert, zahlen Sie für 30 Minuten Maschinenbetrieb plus Arbeits- und Gemeinkosten für jedes einzelne Teil. Im Spritzgussverfahren könnte dasselbe Teil in 30 Sekunden hergestellt werden.
3. Kann ich Prototypen mit einer "Soft Mold" statt mit CNC herstellen?
Ja. Der Aluminium-Werkzeugbau (Rapid Tooling) schließt die Lücke. Es ist billiger und schneller (1-2 Wochen) als Produktionsformen aus Stahl, bietet aber echte Formteile für Tests vor der Massenproduktion.
4. Wie wirken sich die Toleranzanforderungen auf die Kosten aus?
Enge Toleranzen erhöhen die Kosten in beiden Fällen, aber exponentiell beim Gießen. CNC hält natürlich ±0,05 mm. Um dies beim Gießen zu erreichen, sind hochpräzise Formen und eine wissenschaftliche Prozesskontrolle erforderlich, was die NRE-Kosten (Non-Recurring Engineering) erhöht. Siehe ISO 2768-Normen2 für Bearbeitungsgrenzen.
5. Sind die Materialkosten für CNC oder Molding höher?
Die CNC-Materialkosten sind höher, weil man für die ursprüngliche Blockgröße (das Rohmaterial) zahlt und das entfernte Material oft als minderwertiger Ausschuss verkauft wird. Beim Gießen zahlen Sie für das Nettogewicht des Teils plus einen kleinen Prozentsatz für den Anguss.
Zusammenfassung
Die Entscheidung zwischen Spritzgießen und CNC-Bearbeitung ist streng genommen eine Gleichung von Volumen vs. Komplexität. CNC ist die beste Wahl, wenn es um Schnelligkeit, hohe Präzision und geringe Stückzahlen (unter 300 Stück) geht, da sie das Risiko von Werkzeuginvestitionen ausschließt. Das Spritzgießen ist der unangefochtene König der Skalierbarkeit; sobald die anfänglichen Werkzeugkosten bezahlt sind, liefert es identische Teile zu einem Bruchteil der Kosten und Zeit. Für eine erfolgreiche Produkteinführung beginnen die Ingenieure oft mit der CNC-Technik zur Validierung und gehen zum Spritzgießen über, wenn sich die Marktnachfrage bestätigt.
-
ZetarMold liefert Echtzeitdaten zu den Marktpreisen für Fertigungsdienstleistungen und bietet so eine Grundlage für die Einschätzung, wann ein Prozesswechsel erforderlich ist. ↩
-
ISO 2768 ist die internationale Norm für Allgemeintoleranzen für Längen- und Winkelmaße ohne individuelle Toleranzangaben bei der Bearbeitung. ↩
DE 
EN 
ES 
FR 
PT 
AR 
RU 
JA 
KO 
IT 
NL 
TR 
PL 