Spritzguss, auch Kunststoffspritzguss genannt, wird für die Fertigung großer Stückzahlen von Kunststoffteilen eingesetzt. Typischerweise kommt das Verfahren in der Massenproduktion identischer Teile zum Einsatz. Dabei wird geschmolzenes Material in eine Form eingespritzt.
Die Form wird beim Werkzeugbau so angepasst, dass die Teile die gewünschte Gestalt erhalten. Damit lassen sich beliebig viele Teile mit gleichen Abmessungen und Formen herstellen, auch mit komplexer Geometrie und engen Maßtoleranzen.
Wenn Sie mit der Kunststoffformung beginnen möchten, sollten Sie vorab die Kosten für Spritzgussformen und Möglichkeiten zu ihrer Senkung kennen. Dieser Artikel erläutert die Kosten des Kunststoffspritzgusses und die verschiedenen Einflussfaktoren, damit Sie durchschnittliche Fertigungskosten besser einschätzen können.
Wie funktioniert der Spritzguss?
Der Formgebungsprozess ist relativ einfach. Zunächst wird das Werkzeug für die Form hergestellt. Es kann aus Stahl oder Aluminium gefertigt werden. Aluminiumformen sollten jedoch nur für Kunststoffteile mit engen Toleranzen eingesetzt werden.
Für die Fertigung großer Stückzahlen ist Aluminium nicht die beste Wahl, da sich das Material schnell abnutzt und geringere mechanische Eigenschaften aufweist. Stahlformen sind für hohe Produktionsvolumen am besten geeignet, weil sie langlebig sind und bessere mechanische Eigenschaften besitzen.
Im nächsten Schritt werden die verwendeten Materialien in einen beheizten Zylinder gegeben und vermischt. Sobald sie geschmolzen sind, werden sie in ein geschlossenes Metallwerkzeug eingespritzt. Beim Abkühlen nimmt der Kunststoff die Form des Werkzeugs an. Eine externe Temperaturregelung, die Öl oder Wasser umwälzt, kann die Abkühlzeit der Formteile verkürzen.
Sobald der Kunststoff erstarrt ist, werden die Formwerkzeuge auf den Aufspannplatten montiert. Auswerferstifte entnehmen die Kunststoffteile. Anschließend können Materialien getrennt und in einer Zweikomponentenform kombiniert werden. Dieses Kunststoffspritzgussverfahren ermöglicht eine angenehmere Haptik, unterschiedliche Leistungseigenschaften und sogar eine Einfärbung.
Sie können eine Form mit einer oder mehreren Kavitäten herstellen. Bei Mehrfachkavitätenformen können in allen Kavitäten identische oder unterschiedliche Teile gefertigt werden. Sowohl Einfach- als auch Mehrfachkavitätenformen erfordern eine sorgfältige Konstruktion und hochwertige Materialien.
Beachten Sie bei Ihrem Spritzgussprojekt außerdem folgende Aspekte:
- Finanzen: Wenn Sie eine Spritzgussfertigung aufbauen möchten, müssen Sie finanziell gut vorbereitet sein. Die Einstiegskosten können sehr hoch sein, da Sie Formen und Maschinen anschaffen müssen.
- Produktionsvolumen: Vor Beginn der Formenfertigung sollten Sie auch die gewünschte Zahl der herzustellenden Teile berücksichtigen. So können Sie beurteilen, ob der Spritzguss kosteneffizient ist.
- Konstruktionsfaktoren: Die Konstruktion der Teile kann den Spritzgießprozess vereinfachen oder erschweren. Eine einfache Geometrie erleichtert das Spritzgießen. Eine gute Konstruktion verringert Schäden und Fehler während der Fertigung.
- Fertigungsaspekte: Berücksichtigen Sie außerdem die Gesamtzeit für die Herstellung der Teile. Eine kürzere Fertigungszeit steigert die Produktivität. Durchdachte Werkzeuge und Heißkanalformen können den Maschinenzyklus verkürzen.
Faktoren, die die Spritzgusskosten beeinflussen
Die Kosten des Spritzgusses unterscheiden sich je nach Kunststoffspritzgussprojekt und hängen von Art, Form und Größe des Werkzeugs ab. Zu den wichtigsten Einflussfaktoren gehören:
Kosten für Maschinen und Anlagen
Die für Ihr Projekt benötigten Anlagen wirken sich stark auf die Kosten des Spritzgusses aus. Für den Einstieg können Sie kleinere Spritzgießmaschinen anschaffen. Sie sind günstiger und passen besser in das anfängliche Budget.
Für die Fertigung großer Stückzahlen eignen sich größere Anlagen besser. Werden sie aus dem Ausland geliefert, erhöhen sich die Spritzgusskosten aufgrund der Transportkosten.
Wenn Sie die Kosten für eine Spritzgussform nicht selbst tragen können, können Sie die Fertigung an erfahrene Drittanbieter mit modernen Spritzgussanlagen auslagern.
Werkzeugkosten
Ein weiterer großer Kostenfaktor sind die Werkzeuge. Anders als Anlagen sind Formen keine einmalige Investition. Von Zeit zu Zeit müssen neue Formgrundkörper gefertigt werden, wodurch Werkzeug- und Formkosten steigen.
Die Werkzeugkosten unterscheiden sich je nach Verfahren. Dazu gehören unter anderem:
3D-Druck: Der 3D-Druck gehört zu den schnellsten und kostengünstigsten Verfahren zur Herstellung von Spritzgussteilen.
Dieses Verfahren gilt als günstige Möglichkeit, Formen herzustellen, da dafür lediglich ein 3D-Drucker benötigt wird. Außerdem sind keine besonderen Fachkräfte erforderlich, was die Gesamtkosten des Spritzgusses senkt.
CNC-Bearbeitung: Die CNC-Bearbeitung wird für die Herstellung von Metallformen eingesetzt. Sie ist effizient und liefert hochwertige Formen. CNC-Maschinen haben jedoch eine begrenzte Lebensdauer und müssen regelmäßig ersetzt werden, was die Kosten für Spritzgussformen erhöht.
Funkenerosion: Mit dem Funkenerodieren (EDM) lassen sich komplexe Formen herstellen. Das Verfahren bringt Metall durch Erhitzen in die gewünschte Form. Es ist sehr genau, kann jedoch nur bei Metallen eingesetzt werden.
Komplexität
Auch die optische Gestaltung und Komplexität bestimmen die Spritzgusskosten. Komplexere Konstruktionen erhöhen die Kosten der Kunststoffspritzgussformen.
Kunststoffharz
Das für den Spritzguss verwendete Kunststoffharz beeinflusst ebenfalls, ob die Fertigung kostengünstig ist. Je mehr Harz benötigt wird, desto höher sind die Gesamtkosten des Spritzgießprozesses. Weniger Harz senkt die Formkosten.
Arbeitskosten
Obwohl die meisten Prozesse automatisiert sind, fallen weiterhin Einrichtungs-, Betriebs- und Reparaturkosten an. Sie erhöhen die Gesamtkosten der Spritzgussform.
Kosten des eingespritzten Materials
Weitere Faktoren
Weitere Faktoren, die die Gesamtkosten des Spritzgießzyklus beeinflussen, sind:
- Nachbearbeitung und Zusatzleistungen
- Produkteigenschaften
- Produktionsvolumen
So senken Sie die Spritzgusskosten
Spritzguss kann teuer sein. Um die Kosten zu kontrollieren, sollten Sie wissen, wie sie sich senken lassen. Zu den Möglichkeiten gehören:
- Formen wiederverwenden
- Einlegetechnik einsetzen
- Unnötige Merkmale vermeiden
- Teilekonstruktionen vereinfachen
- Mehrfachkavitäten- und Familienformen verwenden
Klassifizierung von Kunststoffspritzgussformen
Die Auswahl der passenden Kunststoffspritzgussform ist entscheidend, da sie sich auf Fertigungskosten, Geschwindigkeit und Qualität der Ergebnisse auswirkt. Spritzgussformen werden anhand verschiedener Merkmale eingeteilt, darunter:
Nach der Zahl der Formplatten
Formplatten werden in den Formhohlräumen verwendet, um zufriedenstellende Ergebnisse zu erzielen. Die verschiedenen Formtypen lassen sich anhand der Zahl ihrer Platten unterscheiden. Dazu gehören:
Etagen-Spritzgussform
Etagen-Spritzgussformen sind teurer als Zwei- und Drei-Platten-Spritzgussformen. Ihre gesamten Betriebskosten sind jedoch niedriger, da mehrere parallel angeordnete Platten den Prozess effizienter machen und Fehler reduzieren. Außerdem ist pro Zyklus nur eine geringe Schließkraft erforderlich.
Drei-Platten-Spritzgussform
Diese Form hat eine dritte Platte, die Abstreifplatte genannt wird. Anders als bei einer Zwei-Platten-Form gibt es zwischen Kern- und Kavitätenplatte zwei Trennebenen. Sie trennen das Formteil vom Angusskanalsystem. Drei-Platten-Formen sind weniger verbreitet als Zwei-Platten-Formen, arbeiten aber schneller und effizienter, weil das Angusskanalsystem nicht recycelt oder manuell abgetrennt werden muss.
Zwei-Platten-Spritzgussform
Aufgrund der niedrigen Werkzeugkosten ist dies der verbreitetste Formtyp in dieser Kategorie. Die Kavitätenplatte und die Kernplatte sind durch eine Trennebene verbunden. Die Form kann mit allen Angusskanalsystemen verwendet werden, eignet sich aber besonders gut für eine einzelne Kavität.
Nach der Anzahl der Formkavitäten
Ein weiteres Merkmal zur Unterscheidung von Kunststoffspritzgussformen ist die Zahl der Teile, die pro Zyklus hergestellt werden. Dazu gehören:
Einkavitätenform
Dieser Formtyp stellt ein einzelnes Teil her, da er nur eine Kavität besitzt. Er ist günstiger als Mehrfachkavitäten- und Familienformen, hat jedoch eine geringere Produktionsrate, wodurch die Kosten des Kunststoffspritzgusses pro Teil steigen.
Mehrfachkavitätenformen
Diese Formen besitzen mehrere Kavitäten und können dadurch mehrere Teile gleichzeitig herstellen. Ihre Produktionsrate ist höher als bei Einkavitätenformen, weshalb sie kosteneffizienter sind. Für größere Kunststoffteile sollten Sie eine Spritzgussform mit mehreren Kavitäten in Betracht ziehen.
Familienformen
Familienformen besitzen wie Mehrfachkavitätenformen mehrere Kavitäten. Diese sind jedoch nicht identisch. Deshalb lassen sich damit nur Teile herstellen, die sich in Form und Größe unterscheiden.
So können Sie beispielsweise Kunststoffbehälter und passende Deckel in einem Formzyklus herstellen. Diese Formart ist aufgrund der Werkzeugkosten teurer, steigert jedoch die Produktionsmenge und senkt die gesamten Betriebskosten.
Nach dem Zuführsystem
In dieser Kategorie gibt es drei Spritzgussformtypen. Sie unterscheiden sich durch ihre Zuführ- und Angusskanalsysteme. Das Zuführsystem besteht aus einer Reihe von Kanälen, etwa Angüssen, Anschnitten und Läufern, die die Schmelze zu den Kavitäten leiten. Dazu gehören:
Heißkanal-Spritzgussformen
Diese Formen werden innen oder außen mit Heizstäben oder Heizspulen beheizt. Sie sind dauerhaft in einer feststehenden Verteilerplatte eingebaut, damit sie nicht zusammen mit den Kunststoffteilen ausgeworfen werden.
Der Heißkanal-Spritzguss sorgt für einen effizienten Prozess und reduziert Abfall. Das Angussmaterial muss weder erneut aufbereitet noch in einem zusätzlichen Arbeitsschritt entfernt werden. Für eine schnelle Fertigung großer Stückzahlen eignen sich Heißkanalformen in Kombination mit mehreren Kavitäten besonders gut.
Heißkanal-Spritzgussformen haben jedoch auch Nachteile. Die Formkosten sind relativ hoch, der Wartungsaufwand ist groß, und für die Überwachung des Kunststoffspritzgusses wird geschultes Fachpersonal benötigt.
Wie erwähnt, liegen die Angusskanäle in Verteilerplatten. Dadurch ist die Reinigung schwierig und Kunststoffreste aus vorherigen Prozessläufen lassen sich nicht ohne Weiteres entfernen. Wenn Sie farbige Behälter herstellen möchten, sollten Sie ein anderes Zuführsystem in Betracht ziehen.
Ein weiterer Nachteil des Heißkanalsystems ist, dass die Behälter in den Kavitäten haften können. Verwenden Sie dieses System daher am besten für Materialien, die nicht wärmeempfindlich sind.
Kaltkanal-Spritzgussformen
Dieses System nutzt unbeheizte Kanäle, um die Schmelze in die Kavität zu leiten. Daher kann es auch bei wärmeempfindlichen Materialien eingesetzt werden. Das Zuführsystem ist offen zugänglich, sodass erkennbar ist, wann eine Reinigung erforderlich ist.
Kaltkanalformen sind außerdem wartungsfreundlich und kostengünstiger. Farben und Materialien können leicht gewechselt werden. Auch Konstruktionsänderungen lassen sich dank der Angusspositionen und schnell austauschbaren Anschnitte einfach umsetzen.
Ein Nachteil des Kaltkanal-Spritzgusses ist, dass für jeden neuen Zyklus ein neues Angusskanalsystem vorbereitet werden muss, da die Komponenten beim Auswerfen vom Anguss getrennt werden. Außerdem müssen Angusskanalsystem und Formteil mitunter voneinander getrennt werden.
Ein weiterer Nachteil ist der große Abfallanteil. Zusätzliche Arbeitsschritte sind erforderlich, um das Material erneut aufzubereiten und Angüsse zu entfernen. Das kann sich auf das Endergebnis auswirken.
Isolierte Angusskanal-Spritzgussformen
Beim Spritzgießen mit isolierten Angusskanälen wird ein ähnliches Prinzip wie beim Kaltkanal-Spritzguss verwendet. Das Ergebnis ähnelt jedoch dem eines Heißkanalsystems. Die Formen funktionieren wie Kaltkanalformen, verwenden aber Heizpatronen, die Schichten bilden. Diese Schichten umgeben die Kunststoffschmelze und bilden isolierte Angussreste.
Sie sind eine kostengünstige Alternative zu Heißkanälen und erfordern keine Temperaturüberwachung. Auch Material- und Farbwechsel lassen sich schnell durchführen. Das Verfahren eignet sich jedoch nur für technische Kunststoffe.
Fazit
Der Spritzguss zählt zu den am häufigsten eingesetzten Verfahren in der Fertigungsindustrie. Bei großen Stückzahlen ist er kosteneffizient und daher eine gute Option, wenn Sie ein Unternehmen zur Kunststofffertigung gründen möchten.
