Spritzgießen und 3D-Druck müssen keine Entweder-Oder-Entscheidung bedeuten. Bei einigen Projekten werden beide Verfahren während des Lebenszyklus eines Produkts eingesetzt. Bisher wurde der 3D-Druck für das Prototyping und das Spritzgießen für die Produktion verwendet. Die additive Fertigung hat sich jedoch weiterentwickelt, 3D-gedruckte Teile beschränken sich nicht mehr auf Prototypen.
Heute gibt es 3D-Drucktechnologien, mit denen Komponenten in Produktionsqualität hergestellt werden können - und zwar in den von Ihnen gewünschten Mengen. Zu diesen Technologien gehört die Projection Micro Stereolithography (PµSL) von Boston Micro Fabrication (BMF), eine Form des 3D-Drucks im Mikromaßstab, die mit Kunststoffen, metallbeschichteten Kunststoffen, Keramik, Hydrogelen und Verbundharzen funktioniert.
Der 3D-Druck bringt viele Vorteile - bis zu einer gewissen Teileanzahl. Dann gibt es oft einen Übergangspunkt, ab dem Spritzgießen eingesetzt wird. Die Werkzeuge, die für den Kunststoffspritzguss benötigt werden, kosten Zehn- oder sogar Hunderttausende von Euro und rentieren sich erst bei hohen Produktionsmengen. Noch neben der Stückzahl gibt es weitere wichtige Kriterien für den Einsatz der richtigen Fertigungstechnologie. Berücksichtigen Sie diese zehn Faktoren, wenn Sie sich zwischen Spritzguss und 3D-Druck entscheiden.
- Vorlaufzeiten
- Einrichtungskosten
- Stückzahlen
- Materialien
- Bauteilgröße
- Toleranzen
- Bauteilfestigkeit
- Reifegrad der Entwicklung
- Designkomplexität
- Oberflächengüte
Die folgenden Abschnitte erläutern dies.
#1 Vorlaufzeiten
Die Herstellung der Stahl- oder Aluminiumformen, die beim Spritzgießen verwendet werden, kann Wochen oder Monate dauern. Der Spritzgießer schickt dem Kunden dann Musterteile für Funktionstests und Dimensionsmessungen. Wenn die ersten Muster nicht geeignet sind, muss der Formenbauer das Werkzeug möglicherweise anpassen, was den Zeitplan des Projekts verlängert.
Der 3D-Druck bietet kürzere Vorlaufzeiten. Anders als beim Spritzgießen gibt es kein Metallwerkzeug, das CNC- oder EDM-bearbeitet werden muss. Die Kunden benötigen immer noch Musterteile, aber es muss keine Form geändert werden, wenn Änderungen erforderlich sind - und die Einstellungen eines 3D-Druckers können angepasst werden. Mithilfe des 3D-Drucks lassen sich sogar Spritzgussformen in kleinen Stückzahlen herstellen. Wer hohe Stückzahlen in einem einzigen Durchgang fertigen muss, erreicht mit Spritzgießen aber schneller sein Ziel.
#2 Einrichtungskosten
Die höchsten Kosten sind beim Spritzgießen mit dem Werkzeug verbunden. Stahl ist teurer als Aluminium, die Metalle kosten mehr als die 3D-Kunststoffe, die für den Bau einiger Kleinserienformen verwendet werden. Produktionsformen kosten mehr als Prototypenformen. Beim Spritzgießen variieren die Werkzeugkosten mit der Größe und Komplexität der Form. Beim 3D-Druck entfallen diese Kosten.
#3 Stückzahlen
Der Vergleich zwischen Spritzguss und 3D-Druck sollte vier Stückzahlen berücksichtigen: die der Erstbestellung, der Jahresproduktion, der Gesamtstückzahl und eine Grenzstückzahl. Standardteile haben Grenzmengen im niedrigen Tausenderbereich. Kleine, hochpräzise Teile lohnen sich erst im Zehntausenderbereich, und das ist einer der Gründe, warum mikroskalige 3D-Drucker von BMF anstelle des Mikrospritzgießens eingesetzt werden.
#4 Materialien
Spritzguss und 3D-Druck arbeiten teilweise mit gleichen Materialien. Beispiele sind ABS, Acetal, Acryl, PEEK, PEI, Polycarbonat, Polyethylen und PTFE. Aber spritzgegossene und 3D-gedruckte Materialien bieten nicht die gleichen Endeigenschaften. Daneben unterstützt Spritzguss einige Materialien, die im 3D-Druck nicht verwendet werden können, und umgekehrt. Mit dem offenen Materialsystem von BMF können Entwickler mit den Materialien ihrer Wahl (auch außerhalb der Kunststoffe) oder mit BMFs eigenen, speziell definierten Polymeren drucken.
#5 Bauteilgröße
Im Mikrospritzguss können kleine Teile hergestellt werden, allerdings mit hohen Werkzeugkosten und einigen Einschränkungen. Dazugehören die Größe der Form, die Möglichkeiten der Maschine und die Mindestwandstärke des Teils. Die meisten 3D-Drucker sind nicht geeignet, mikroskopisch kleine Teile herzustellen. Mit der PµSL-Technologie von Boston Micro Fabrication können Teile gedruckt werden, die kleiner sind als der Durchmesser eines menschlichen Haares, von etwa 70 Mikrometern. PµSL konkurriert jedoch nicht nur in Bezug auf die Größe mit dem Präzisionsspritzgießen. Mit dieser Form des 3D-Drucks können auch extrem enge Toleranzen erreicht werden.
#6 Toleranzen
Bei unkritischen Anwendungen beträgt die Toleranz von Spritzgussteilen normalerweise ± 0,1 mm. Bei kritischen Bauteilen, wie in medizinischen Anwendungen, sind ± 0,025 mm üblich. Bei der PµSL-Technologie werden die Fertigungstoleranzen in Mikrometern statt in Millimetern (mm) gemessen. Da 1 Mikrometer 0,001 Millimeter entspricht, sind PµSL-Drucktoleranzen von ± 10µm ~ ± 25µm besonders eng.
#7 Bauteilfestigkeit
Spritzgussteile sind in der Regel fester als 3D-gedruckte Komponenten. Das liegt vor allem daran, dass spritzgegossene Teile aus einem Materialverbund hergestellt werden. Im Gegensatz dazu werden die Teile beim 3D-Druck Schicht für Schicht erzeugt. Es kommt aber auf die Materialauswahl an. BMF-Materialien wie RG-Harz können als langlebige technische Materialien zur Herstellung funktionaler Endanwendungsteile verwendet werden.
#8 Reifegrad der Entwicklung
Spritzgießen eignet sich zur Herstellung von ausgereiften Teilen in hohen Stückzahlen. Sobald die Fertigung beginnt, sollten keine Designänderungen mehr erfolgen. Der 3D-Druck erlaubt Entwicklungsänderungen vom Prototyping bis zur Produktion. Mit anderen Worten: Es ist einfacher, Probleme zu erkennen und zu korrigieren, ohne Werkzeuge verschrotten oder Material verschwenden zu müssen - ein wichtiger Aspekt bei Entwicklungen, die noch nicht ausgereift sind.
#9 Designkomplexität
Im Vergleich zum Spritzgießen ermöglicht der 3D-Druck eine höhere Komplexität. Von Löchern in der Mitte der Teile über komplizierte Formen bis zu speichenähnlichen Merkmalen - die additive Fertigung eröffnet eine größere Designfreiheit. Beim Spritzgießen schränkt das Werkzeug das Teiledesign ein. So können beispielsweise Teile mit rechten Winkeln beim Auswerfen brechen, oft werden Rippen zur Unterstützung benötigt.
#10 Oberflächengüte
Schließlich muss beim Vergleich von Spritzguss und 3D-Druck auch die Oberflächenbeschaffenheit berücksichtigt werden. Im Allgemeinen weisen 3D-gedruckte Teile eine rauere Oberfläche auf, die nach der Herstellung geglättet werden muss. Spritzgegossene Teile können feinere Oberflächen haben, allerdings zu höheren Werkzeugkosten. Beim Kunststoffspritzguss enthalten die Teile Oberflächenfehler wie Anspritzabdrücke.
Vergleich zwischen Spritzgießen und 3D-Druck
Das Spritzgießen ist ideal für die Großserienproduktion und für Projekte mit längeren Durchlaufzeiten. Obwohl es für Teile verschiedener Größen verwendet werden kann, bietet das Spritzgießen weniger Gestaltungsfreiheit. 3D eignet sich besser für Kleinserien, Designs mit häufigen Änderungen und Projekte mit kurzen Durchlaufzeiten.
Es gibt viele Arten von 3D-Druckern. Mit der PµSL-Technologie von Boston Micro Fabrication (BMF) lassen sich Prototypen und Teile in Produktionsqualität in kleinen Größen herstellen, ohne hohe Kosten für Mikrospritzgussformen. Wenn Sie mehr erfahren möchten, wenden Sie sich an BMF.
