Kostenvergleich zwischen Spritzgießen und 3D-Druck
Untersuchen Sie Schlüsselkomponenten wie Bauzeit, Materialkosten und Teilekomplexität, die die Kosten für Ihr Teil erhöhen oder senken können.
Die Anwendungsmöglichkeiten für den 3D-Druck erweitern sich rasant, da fast täglich neue Materialien, Technologien und Sekundärprozesse angekündigt werden. Inzwischen wird die additive Fertigung nicht nur für das Prototyping, sondern auch für die Serienfertigung von Teilen zur Reduzierung von Baugruppen und zur Herstellung komplexer Geometrien eingesetzt.
Das Spritzgießen ist nach wie vor das Arbeitspferd, mit dem weltweit Teile hergestellt werden, ohne viel Aufsehen zu erregen. Über Jahrzehnte hinweg perfektioniert, ist das Spritzgießen nach wie vor die erste Wahl für kostengünstige Teile in Stückzahlen von 50 bis über eine Million.
Eine Zukunft, in der der 3D-Druck das Spritzgießen ersetzt, mag noch in weiter Ferne liegen, doch heute ergänzen sich beide Verfahren hervorragend. Der 3D-Druck wird zwar oft als erste Wahl für die Herstellung von Prototypen angepriesen, aber die Kosten sind in der Regel unerschwinglich, wenn es darum geht, die Produktionsmengen zu erhöhen, und hier kommt das Spritzgießen ins Spiel.
Welche Dienstleistung ist für Sie die Richtige? Werfen wir zunächst einen Blick auf die Kostentreiber bei beiden Fertigungsdienstleistungen.
Nachbearbeitung
Bauzeit und Nachbearbeitung sind zwei wichtige Kostenfaktoren. Wenn Sie Wege finden, Ihren Entwurf zu rationalisieren oder auf unnötige Nachbearbeiten zu verzichten, können Sie Ihre Kosten erheblich senken.
3D-Druck
Bauzeit: FDer bei weitem wichtigste Kostenfaktor beim 3D-Druck: Eine längere Bauzeit bedeutet ein teureres Teil. Nehmen wir zum Beispiel einen massiven Würfel. Obwohl es sich um ein einfaches Teil handelt, würde der Druck des verdichteten Würfels Schicht für Schicht mehr Zeit in Anspruch nehmen, als wenn das Innere des Würfels aus einem vernetzten Design besteht, das weniger Material und somit weniger Maschinenzeit erfordert. Eventuell notwendige Stützstrukturen während des Druckvorgangs erhöhen ebenfalls die Maschinenzeit und die Kosten.
Materialkosten: Je nach Technologie können die Materialien für den 3D-Druck zusätzliche Kosten verursachen. Während beim direkten Metall-Lasersintern (DMLS) das gesamte ungenutzte Pulver recycelt wird, verwendet ein Verfahren wie das selektive Lasersintern (SLS) ein pulverbasiertes Polymerverfahren, das kein Recycling zulässt, was die Kosten in die Höhe treibt.
Nachbearbeitung: Diese Prozesse, die bei fast allen 3D-gedruckten Teilen erforderlich sind, verstärken die Teile, verbessern das kosmetische Erscheinungsbild und mehr, erfordern aber auch manuelle Arbeit, die zeitaufwändig sein kann. Jede 3D-Druckdienstleistung umfasst auch die notwendige Nachbearbeitung, sodass eine Recherche, was am vorderen Ende erforderlich ist, bei der Bestimmung der Kosten hilft.
Spritzgießen
Komplexität der Teile: Mehrere Konstruktionsfaktoren können beim Spritzgießen zu einem komplexeren Teil führen. Die DFM-Analyse (Design for Manufacturability) ist entscheidend, um Änderungen zu ermitteln, die die Kosten senken. Ein kleines Teil bedeutet zum Beispiel nicht automatisch eine kleinere Werkzeuggröße. Wenn das Design Ihres Teils eine Hinterschneidung oder einen Seitenschieber erfordert, erhöht sich die Größe der Werkzeugbasis (und damit die Kosten) erheblich. Falls ein Seitenschieber oder ein Einsatz erforderlich ist, kann sich die Gesamtgröße des Werkzeugs um 1000€ bis 2300€ pro Teil erhöhen.
Design Zeit
Für Ingenieure, die unter zunehmendem Druck stehen, Produkte auf den Markt zu bringen, ist Zeit Geld. Schnelle Iterationen sind der Schlüssel zur Verkürzung der Zeitspanne, in der Sie Ihr Design perfektionieren und vom Konzept zum fertigen Teil gelangen. Deshalb beginnen unsere Kunden während des Prototyping-Prozesses mit dem 3D-Druck, bevor sie zum Spritzgießen übergehen, sobald ein Teil für die Produktion bereit ist.
Produktiterationen mit 3D-Druck sind im Vergleich zum Spritzgießen schneller und kostengünstiger. Wenn Sie nach dem 3D-Drucken eines Teils einen Konstruktionsfehler feststellen, kann die CAD-Datei einfach überarbeitet und hochgeladen werden, und eine weitere Iteration kann innerhalb weniger Tage gedruckt und versandt werden. Beim Spritzgießen entstehen bei jeder Designänderung erhebliche Kosten durch die Nachbearbeitung der Form. Außerdem erfordert das Spritzgießen in der Regel mehr Vorarbeit, da die Erstellung einer Form ein komplexer Prozess mit vielen zu berücksichtigenden Faktoren sein kann.
Änderungen am Design des Spritzgussteils erfordern eine Überarbeitung des Werkzeugs.
Einrichten und Werkzeuge
Einrichtungs- und Werkzeugkosten sind ein weiterer Bereich, in dem der 3D-Druck eindeutig der Gewinner ist, da er keine Investitionen in diese Bereiche erfordert. Beim Spritzgießen hingegen fallen Werkzeugkosten und oft auch eine Einrichtungsgebühr für jede Charge von Spritzgussteilen an. Wie bereits erwähnt, kann die DFM-Analyse dazu beitragen, die Werkzeugkosten zu senken, aber ein Werkzeug kann immer noch Tausende von Euro an Vorlaufkosten verursachen.
Stückpreis
Das ist die Gelegenheit für das Spritzgießen, zu glänzen. Der Stückpreis für das Spritzgießen wird im Vergleich zum 3D-Druck deutlich niedriger sein, sobald wir ein hohes Volumen an Teilen erreichen. Wir haben zwar ausführlich über die Werkzeugkosten gesprochen, aber jedes Teil, das aus dem Werkzeug kommt, wird kosteneffizienter sein, sobald Sie Mengen erreichen, die die Anfangsinvestition rationalisieren.
Glücklicherweise sind unsere Anwendungstechniker sehr versiert darin, unseren Kunden dabei zu helfen, herauszufinden, ob die Einsparungen beim Stückpreis die anfänglichen Kosten des Spritzgießens rechtfertigen.
Veredelungsoptionen, wie die Vapour smoothing (siehe oben), bieten ästhetische und leistungsbezogene Vorteile für gedruckte Teile. Beachten Sie jedoch die zusätzlichen Kosten, die mit der Veredelung verbunden sind, und wägen Sie ab, ob sich die Investition lohnt.
Nachbearbeitung
Unabhängig von der Technologie müssen fast alle 3D-gedruckten Teile in gewissem Umfang nachbearbeitet werden. Zu den obligatorischen Prozessen nach dem Druck eines Teils gehört das Entfernen von Stützstrukturen oder überschüssigem Kunststoff, je nach der von Ihnen gewählten Technologie. Das Aufkommen von Nachbearbeitungsoptionen, wie z. B. Vapour smoothing, Verbesserung der Festigkeit und Ästhetik, hat entscheidend zur Erweiterung der Anwendungsmöglichkeiten der additiven Fertigung beigetragen, ist jedoch mit zusätzlichen Kosten verbunden.
Für das Spritzgießen hingegen stehen mehr als 100 thermoplastische und duroplastische Materialien zur Verfügung, die mit hochwertigen, produktionsgerechten Oberflächen aus dem Werkzeug kommen. Für die Texturierung des Werkzeugs, das Einlegen von Gewindeeinsätzen, die Lasergravur und vieles mehr stehen Nachbearbeitungsverfahren zur Verfügung, die jedoch für die Haltbarkeit und das Finish des Teils nicht erforderlich sind.
Prototyping vs. On-Demand-Fertigung
Das Spritzgießen ist in der Prototyping-Phase immer noch eine praktikable Option. Beim Prototyping bei Protolabs verwenden wir ein Aluminiumwerkzeug mit einer einzigen Kavität, die Hunderte von Teilen produzieren kann und in der Regel in einer Woche oder weniger geliefert wird. Unsere Kunden entscheiden sich häufig für das Prototyping im Spritzgussverfahren, wenn sie Design- oder Materialiterationen durchführen und Kompromisse bei den Kosten oder der Herstellbarkeit bewerten müssen.
Sobald die Prototyping-Phase abgeschlossen ist, gehen unsere Kunden häufig zur On-Demand-Fertigung über und produzieren Spritzgussteile mit Protolabs-Geschwindigkeit. Mit einem Stahlwerkzeug sind die Stückzahlen praktisch unbegrenzt. Die On-Demand-Spritzgießfertigung mit uns ermöglicht es Ihnen, Ihren Lagerbedarf ohne Mindestbestellmengen zu decken, und bietet Flexibilität in der Lieferkette durch Brückenwerkzeuge, Just-in-time-Produktion oder Dual-Sourcing-Strategien.
Erfahren Sie mehr über Prototyping und On-Demand-Fertigung beim Spritzgießen.