Spritzgießen, auch Kunststoffspritzgießen genannt, bezeichnet die Herstellung großer Stückzahlen von Kunststoffteilen. Typischerweise wird es in der Massenproduktion identischer Artikel eingesetzt. Beim Spritzgießen wird geschmolzenes Material in eine Form eingespritzt.
Die individuelle Anpassung der Formen, die den Teilen unterschiedliche Gestalten verleiht, erfolgt während der Werkzeugherstellung. Durch diese Anpassung können beliebig viele Teile mit identischen Abmessungen und Formen gefertigt werden. Dies umfasst auch komplexe Formen und Konstruktionen, die nur geringe Maßtoleranzen zulassen.
Wenn Sie mit dem Spritzgießen von Kunststoffen beginnen möchten, müssen Sie sich vor Beginn des Spritzgießprozesses über die Kosten für Spritzgussformen und deren Reduzierungsmöglichkeiten informieren. Dieser Artikel bietet Ihnen alle notwendigen Informationen. Er erläutert die Kosten des Kunststoffspritzgießens und die verschiedenen Einflussfaktoren und hilft Ihnen so, die durchschnittlichen Produktionskosten zu ermitteln.
Wie funktioniert Spritzguss?
Der Formgebungsprozess ist recht einfach. Zunächst wird das Formwerkzeug hergestellt. Dieses kann aus Metallen wie Stahl und Aluminium gefertigt werden. Allerdings sollte man bei der Herstellung von Kunststoffen mit engen Toleranzen ausschließlich eine Aluminiumform verwenden.
Außerdem ist es nicht die beste Option für die Massenproduktion von Teilen, da sie schnell verschleißen und unzureichende mechanische Eigenschaften aufweisen. Stahlformen sind die beste Wahl für die Massenproduktion, da sie langlebig sind und bessere mechanische Eigenschaften besitzen.
Als Nächstes werden die benötigten Materialien in einen beheizten Schmelzofen gegeben und vermischt. Sobald die Materialien geschmolzen sind, werden sie in eine geschlossene Metallform eingespritzt. Beim Abkühlen nimmt der geschmolzene Kunststoff die Form der Form an. Um die Abkühlzeit der geschmolzenen Teile zu verkürzen, kann ein externer Temperaturregler verwendet werden, der Öl oder Wasser zirkulieren lässt.
Sobald die Kunststoffformen ausgehärtet sind, werden die Formwerkzeuge auf die Formplatten (Plattenform) montiert, sodass Auswerferstifte die Kunststoffteile auswerfen können. Im nächsten Schritt werden die Materialien getrennt und in einem Zweikomponenten-Spritzgießverfahren (einer Art des Kunststoffspritzgießens) zusammengefügt. Dadurch lässt sich die Haptik des Spritzgussteils verbessern, es können Teile mit unterschiedlichen Leistungseigenschaften hergestellt und sogar Farben hinzugefügt werden.
Sie können entweder eine Form mit einer Kavität oder mit mehreren Kavitäten herstellen. Bei Formen mit mehreren Kavitäten können Sie in allen Kavitäten identische oder unterschiedliche Teile fertigen. Sowohl Formen mit einer als auch mit mehreren Kavitäten erfordern jedoch eine sorgfältige Konstruktion und hochwertige Materialien.
Vor diesem Hintergrund sollten Sie folgende Punkte für Ihr Spritzgussprojekt beachten:
- Finanzen: Wenn Sie mit der Spritzgussfertigung beginnen möchten, sollten Sie finanziell gut vorbereitet sein. Die Einstiegskosten für das Spritzgussverfahren können extrem hoch sein, da Sie Formen und Maschinen anschaffen müssen.
- Produktionsvolumen: Ein weiterer wichtiger Faktor, den Sie vor Beginn der Formenherstellung berücksichtigen sollten, ist die Anzahl der herzustellenden Teile. Dies hilft Ihnen zu entscheiden, ob das Spritzgießen wirtschaftlich ist.
- Gestaltungsfaktoren: Die Konstruktion der herzustellenden Teile beeinflusst den Spritzgießprozess. Eine einfache Geometrie vereinfacht ihn. Eine gute Konstruktion minimiert Schäden und Fehler während der Produktion.
- Produktionsüberlegungen: Sie müssen auch die Gesamtzeit für die Teilefertigung berücksichtigen. Eine Minimierung der Fertigungszeit beschleunigt die Produktion. Daher sollten Sie den Einsatz durchdachter Werkzeuge und Heißlauf-Formen in Betracht ziehen, um den Maschinenzyklus zu verkürzen.
Faktoren, die die Kosten des Spritzgießens beeinflussen
Die Kosten für Spritzgussverfahren variieren je nach Kunststoffart, Form und Werkzeuggröße. Zu den verschiedenen Faktoren, die die Kosten beeinflussen, gehören unter anderem:
Ausrüstungskosten
Die für Ihr Projekt benötigte Ausrüstung hat einen großen Einfluss auf die Kosten des Spritzgießens. Für den Einstieg ins Unternehmen gibt es kleinere Spritzgießmaschinen. Diese sind kostengünstiger und passen gut in Ihre Einrichtungskosten.
Für die großserienmäßige Fertigung von Spritzgussteilen eignen sich größere Anlagen besser. Wenn die Anlagen aus dem Ausland importiert werden, erhöhen sich die Kosten für die Spritzgussformen aufgrund der Versandkosten.
Wenn Sie nicht in der Lage sind, die Kosten für die Spritzgussform zu tragen, können Sie diese an externe Experten mit umfassenden Spritzgusskapazitäten auslagern.
Werkzeugkosten
Ein weiterer Faktor mit großem Einfluss sind die Werkzeugkosten. Im Gegensatz zu den Maschinen ist die Herstellung von Formen keine einmalige Investition. Man muss regelmäßig neue Formrohlinge anfertigen, was die Werkzeug- und Formenkosten erhöht.
Die Werkzeugkosten variieren je nach Verfahren. Beispiele für solche Verfahren sind:
3d Drucken: Es zählt zu den schnellsten und kostengünstigsten Methoden, mit denen man Spritzgussteile für das Spritzgießen herstellen kann.
Es gilt als kostengünstigere Methode zur Formenherstellung, da man für die Herstellung der Form lediglich einen 3D-Drucker benötigt. Außerdem ist kein spezielles Fachwissen erforderlich, was die Gesamtkosten des Spritzgussverfahrens reduziert.
CNC-Bearbeitung: CNC-Bearbeitung wird bei der Herstellung von Metallformen eingesetzt. Das Verfahren ist effektiv und liefert hochwertige Formen. Allerdings haben CNC-Maschinen eine kürzere Lebensdauer, sodass von Zeit zu Zeit neue Maschinen angeschafft werden müssen, was die Kosten für Spritzgussformen erhöht.
Funkenerosives Bearbeiten: Mit dem EDM-Verfahren lassen sich komplexe Formen herstellen. Dabei wird Metall durch Erhitzen in die gewünschte Form gebogen. EDM arbeitet sehr präzise, ist aber nur für Metalle geeignet.
Komplexität
Ein weiterer Faktor, der die Kosten für das Spritzgießen bestimmt, ist die Ästhetik und Komplexität des Designs. Komplexere Designs führen zu höheren Kosten für die Kunststoffspritzgussformen.
Kunststoffharz
Die Art des verwendeten Kunststoffgranulats beeinflusst die Kosten des Spritzgießprozesses. Je mehr Granulat benötigt wird, desto höher sind die Gesamtkosten. Geringere Materialmengen senken die Kosten der Form.
Arbeitskosten:
Auch wenn die meisten Prozesse automatisiert sind, fallen dennoch Kosten für Einrichtung, Betrieb und Reparatur an, was die Gesamtkosten der Spritzgussform erhöht.
Kosten des eingespritzten Materials
Andere Faktoren
Weitere Faktoren, die die Gesamtkosten des Spritzgießprozesses beeinflussen, sind unter anderem folgende:
- Sekundäre Dienste
- Produktmerkmale
- Produktionsvolumen:
Wie man die Kosten für Spritzguss reduzieren kann
Spritzguss kann sehr teuer sein. Um die Kosten zu kontrollieren, müssen Sie wissen, wie Sie die Spritzgusskosten senken können. Einige Möglichkeiten zur Kostenreduzierung sind:
- Formen wiederverwenden
- Verwendung der Einlegetechnik
- Vermeidung unnötiger Funktionen
- Vereinfachung der Teilekonstruktion
- Verwendung von Mehrkavitäten- und Familienformen
Klassifizierung von Kunststoffspritzgussformen
Die Auswahl der optimalen Spritzgussform ist entscheidend, da sie die gesamten Produktionskosten, die Geschwindigkeit und die Qualität der Produkte beeinflusst. Spritzgussformen werden anhand verschiedener Merkmale kategorisiert. Dazu gehören:
Basierend auf der Formplatte
Platten werden in den Formhohlräumen verwendet, um ein zufriedenstellendes Ergebnis zu gewährleisten. Die verschiedenen Formtypen lassen sich anhand der Anzahl der Formplatten unterscheiden. Zu den Spritzgussformen, die anhand der Plattenanzahl identifiziert werden können, gehören folgende:
Stapelspritzguss
Die Anschaffungskosten für eine Stapel-Spritzgießform sind höher als für Zwei- und Dreiplatten-Spritzgießformen. Die Gesamtbetriebskosten sind jedoch geringer, da mehrere parallele Platten den Prozess effizienter gestalten und weniger Defekte verursachen. Ein weiterer Vorteil ist der geringe Schließkraftbedarf pro Zyklus.
Dreiplatten-Spritzgießform
Es verfügt über eine dritte Platte, die sogenannte Abstreiferplatte. Im Gegensatz zum Zweiplatten-Spritzgießverfahren besitzt es zwei Trennlinien zwischen Kern- und Kavitätsplatte. Diese Trennlinien trennen das Formteil vom Angusskanal. Es ist zwar nicht so verbreitet wie ein Zweiplatten-Spritzgießverfahren, arbeitet aber schneller und effizienter, da der Angusskanal weder recycelt noch manuell getrennt werden muss.
Zweiplatten-Spritzgießform
Aufgrund der geringen Werkzeugkosten ist dies die gängigste Spritzgussform dieser Kategorie. Sie verfügt über eine Trennlinie, die die Kavitätenplatte und die Kernplatte verbindet. Diese Form ist mit allen Angusskanalsystemen kompatibel, eignet sich aber besonders für Einkavitätenformen.
Basierend auf der Anzahl der Formhohlräume
Ein weiteres Merkmal zur Unterscheidung der verschiedenen Arten von Kunststoffspritzgussformen ist die Anzahl der Teile, die sie pro Zyklus produzieren. Dazu gehören folgende:
Form mit einer Kavität
Diese Art von Formhohlraumform produziert ein einzelnes Teil, da sie nur einen Hohlraum besitzt. Sie ist im Vergleich zu Mehrfach- und Familienformen am günstigsten, weist jedoch geringere Produktionsraten auf, was zu höheren Kosten im Kunststoffspritzguss führt.
Formen mit mehreren Kavitäten
Es verfügt über mehrere Kavitäten, wodurch die gleichzeitige Herstellung mehrerer Teile ermöglicht wird. Die Produktionsrate dieser Formen ist höher als die von Formen mit nur einer Kavität, was sie kostengünstiger macht. Wenn Sie größere Kunststoffbauteile herstellen, sollten Sie die Anschaffung einer Spritzgussform mit mehreren Kavitäten in Erwägung ziehen.
Familienformen
Wie Mehrkavitäten-Spritzgießformen verfügen auch Familienformen über mehrere Kavitäten. Diese Kavitäten sind jedoch nicht identisch, sodass sie nur zur Herstellung von Teilen mit unterschiedlicher Form und Größe verwendet werden können.
Beispielsweise lassen sich damit Kunststoffbehälter und deren Deckel in einem einzigen Formgebungszyklus herstellen. Diese Art der Formaktivierung ist aufgrund der Formkosten zwar teurer, erhöht aber die Produktionsmenge und senkt die Gesamtbetriebskosten.
Basierend auf dem Fütterungssystem
In dieser Kategorie werden drei Arten von Spritzgussformen unterschieden. Die Formen unterscheiden sich durch ihre Anguss- und Verteilersysteme. Das Anguss-System besteht aus einer Reihe von Kanälen, wie Angüssen, Anschnitten und Verteilerkanälen, die die geschmolzene Masse in die Formhohlräume leiten. Zu den Formen dieser Kategorie gehören:
Heißkanal-Spritzgießformen
Hierbei handelt es sich um Formen, die innen oder außen mit Heizstäben oder -spulen erhitzt werden. Die Formen sind fest in einer stationären Verteilerplatte eingeschlossen, die verhindert, dass sie zusammen mit den Kunststoffteilen ausgeworfen werden.
Das Heißkanal-Spritzgießverfahren ist effizient und reduziert Abfall. Zudem entfällt das Nachschleifen oder die Entfernung der Angüsse. Für die schnelle Produktion großer Stückzahlen sind Heißkanalformen in Kombination mit Mehrkavitäten die optimale Lösung.
Heißkanal-Spritzgießformen haben jedoch auch Nachteile. Zum einen sind die Formkosten relativ hoch. Zum anderen erfordern sie einen hohen Wartungs- und Instandhaltungsaufwand, und es muss ein geschulter Fachmann mit der Überwachung des Spritzgießprozesses beauftragt werden.
Wie bereits erwähnt, sind die Formen in Verteilerplatten verborgen. Dies erschwert die Reinigung, sodass sich Kunststoffreste oder Überbleibsel vorheriger Arbeitsschritte nicht entfernen lassen. Für die Herstellung farbiger Behälter empfiehlt sich die Verwendung eines anderen Zuführsystems.
Ein weiterer Nachteil von Heißkanalsystemen besteht darin, dass die Behälter an den Formhohlräumen haften bleiben können. Daher empfiehlt sich der Einsatz dieses Systems eher für Materialien, die nicht hitzeempfindlich sind.
Kaltkanal-Spritzgießformen
Dieses System verwendet unbeheizte Angusskanäle, um die geschmolzenen Teile in den Formhohlraum zu leiten. Dadurch eignet es sich auch für die Verarbeitung wärmeempfindlicher Materialien. Die Spritzgussteile dieses Systems sind offen gestaltet, sodass Sie jederzeit erkennen können, wann eine Reinigung erforderlich ist.
Sie sind zudem wartungsarm und kostengünstiger. Ein weiterer Vorteil ist die einfache Möglichkeit, Farben und Materialien in der Produktion zu wechseln. Dank der Angussführungen und der schnell austauschbaren Tore lassen sich auch Designänderungen unkompliziert umsetzen.
Der Nachteil eines Kaltkanal-Spritzgießsystems besteht darin, dass für jeden neuen Zyklus ein neues Angusskanalsystem vorbereitet werden muss, da beim Auswerfen der Bauteile die Form beschädigt wird. Außerdem muss unter Umständen das Angusskanalsystem vom Formteil getrennt werden.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass sie große Mengen an Abfällen produzieren, was zusätzliche Prozesse zum Nachmahlen und Entfernen der Angüsse erforderlich macht, was das Endergebnis beeinträchtigen kann.
Isolierte Anguss-Spritzgießformen
Das Spritzgießen mit isoliertem Angusskanal basiert auf denselben Prinzipien wie das Kaltkanal-Spritzgießen. Die Endergebnisse ähneln jedoch dem Heißkanal-Spritzgießen. Diese Spritzgießformen nutzen das gleiche Prinzip wie Kaltkanalformen, verwenden aber Heizpatronen zur Schichtbildung. Die entstehenden Schichten umschließen den geschmolzenen Kunststoff und bilden so isolierende Bereiche.
Sie stellen die beste Alternative zu Heißkanälen dar, da sie kostengünstiger sind und keine Temperaturüberwachung erfordern. Zudem ermöglichen sie einen schnellen Materialwechsel und Farbumschlag. Allerdings eignen sie sich nur für technische Kunststoffe.
Fazit
Das Spritzgießverfahren zählt zu den am häufigsten angewandten Verfahren in der Fertigungsindustrie. Es ist kostengünstig bei der Herstellung großer Stückzahlen und sollte in Betracht gezogen werden, wenn Sie die Gründung eines Kunststoffverarbeitungsunternehmens planen.
