Die Entscheidung zwischen Urethan-Guss und Spritzguss hängt in der Regel von der Stückzahl ab. Beim Urethan-Guss wird Polyurethanharz in eine Silikonform gegossen, die anhand eines Vorlagemodells hergestellt wurde. Dadurch ist die Werkzeugherstellung kostengünstig und schnell, allerdings ist jedes einzelne Teil teurer. Spritzgießen Es spritzt geschmolzenen Thermoplast in eine maschinell bearbeitete Metallform, weshalb die Werkzeugkosten deutlich höher sind; sobald das Werkzeug jedoch einmal vorhanden ist, wird jedes einzelne Teil sehr günstig.
Das ist die Kurzfassung. Im weiteren Verlauf dieses Leitfadens wird erläutert, in welchen Bereichen jeweils das Gießen und das Formpressen Vorteile bieten, wo bei den jeweiligen Verfahren versteckte Kosten anfallen und wie Sie den Schwellenwert für Ihr eigenes Bauteil ermitteln können, anstatt sich auf eine Faustregel zu verlassen.
Kurze Antwort
Kurze Antwort: Verwenden Sie Urethan-Guss für Prototypen, Vorserien und Auflagen von etwa einigen Dutzend bis zu einigen hundert Teilen, wenn Sie innerhalb weniger Tage oder Wochen serienreife Teile benötigen. Setzen Sie Spritzguss ein, sobald das Design feststeht und die Stückzahl so hoch ist, dass die Werkzeugkosten – verteilt auf jedes einzelne Teil – den höheren Stückpreis des Gussverfahrens unterbieten.
Wie durch Urethan-Guss und Spritzguss ein Bauteil hergestellt wird
Gießen und Formen sehen auf einer Zeichnung ähnlich aus. Bei beiden Verfahren werden Kunststoffteile in einer Formkammer hergestellt. Der Unterschied liegt darin, woraus die Formkammer besteht und was in sie eingefüllt wird.
Urethan-Gussverfahren
Beim Urethan-Gussverfahren, das oft auch als Vakuumguss bezeichnet wird, wird zunächst ein Vorformling verwendet, in der Regel ein 3D-gedrucktes oder CNC-gefrästes Teil, dessen Oberfläche entsprechend den gewünschten Anforderungen bearbeitet wurde. Der Vorformling wird in einer Form aufgehängt und mit flüssigem Silikon umgossen.
Sobald das Silikon ausgehärtet ist, wird die Form aufgeschnitten, das Urmodell entnommen, und man erhält eine weiche Form. Zweikomponenten-Polyurethanharz wird angemischt, entgast und unter Vakuum in diese Form gegossen oder gesaugt, anschließend ausgehärtet. Polyurethan ist ein Duroplast: Sobald es ausgehärtet ist, kann es nicht mehr eingeschmolzen werden.
Spritzgießen
Beim Spritzgießen kommt ein hartes, CNC-gefrästes und häufig durch Elektroerosion nachbearbeitetes Werkzeug aus Aluminium oder Stahl zum Einsatz. Thermoplastische Granulate werden in einem beheizten Zylinder geschmolzen, unter hohem Druck eingespritzt, im Werkzeug abgekühlt und ausgeworfen. Das Werkzeug ist auf einer Spritzgießmaschine montiert und wiederholt den Zyklus automatisch.
Wenn Sie sich eingehender mit dem Thema Werkzeugbau befassen möchten, finden Sie in unserem Seite „Spritzgussdienstleistungen“ behandelt, wie wir Produktionsformen bauen und betreiben.
Gießen vs. Formguss: Vergleichstabelle
In der folgenden Tabelle sind die wichtigsten Kennzahlen nebeneinander aufgeführt, vom Formmaterial über die Werkzeugkosten bis hin zu Toleranzen und Konstruktionsänderungen.
| Faktor | Urethan-Gussverfahren | Spritzgießen |
|---|---|---|
| Formmaterial | Silikon (weich) | Aluminium oder Stahl (hart) |
| Werkzeugkosten | Niedrig | Hoch |
| Kosten pro Teil | Höher und weitgehend unverändert | Niedrig und nimmt mit steigendem Volumen ab |
| Typische Menge | Zehn bis einige Hundert | Tausende und mehr |
| Lieferzeit bis zur Auslieferung der ersten Teile | Tage bis zu einigen Wochen | Mehrere Wochen, bedingt durch die Entwicklung der Werkzeuge |
| Typische Toleranz | Etwa ±0,010 Zoll | Etwa ±0,005 Zoll |
| Typische Wandstärke | Etwa 1 bis 5 mm | Etwa 0,5 bis 4 mm |
| Material | Polyurethanharze, die Thermoplaste nachahmen | Der tatsächlich verwendete thermoplastische Kunststoff |
| Unterschnitte | Oftmals mit flexiblem Silikon möglich | Sind Nebenantriebe oder Hebevorrichtungen im Werkzeug erforderlich? |
| Änderungen am Design | Günstig: neue Vorlage, neue Silikonform | Kostspielig: Stahlmodifikation oder neues Werkzeug |
Die oben angegebenen Toleranzen und Wandstärken sind typische, veröffentlichte Werte für den Guss- und Formgussprozess und stellen keine Garantien dar. Sie variieren je nach Bauteilgröße, Geometrie und Harz.
Urethan-Gussverfahren vs. Spritzguss: Wo die jeweiligen Verfahren ihre Stärken haben
Wo sich Urethan-Guss bewährt
Urethan-Gussteile sind am stabilsten, wenn sich das Bauteil noch bewegt. Die Herstellung einer Silikonform dauert mehrere Tage und kostet nur einen Bruchteil eines maschinell gefertigten Werkzeugs. Eine Änderung an einem Vorsprung oder einer Schnappverbindung erfordert daher lediglich eine neue Masterform und eine neue Form statt einer Überarbeitung des Werkzeugs. Das macht diese Methode zu einer sinnvollen Wahl für technische Prototypen, Messeexponate, Crowdfunding-Muster und erste Kundentests.
Außerdem bewältigt es auch Geometrien, mit denen ein Stahlwerkzeug Schwierigkeiten hat. Da sich Silikon biegen lässt, können kleine Hinterschneidungen oft direkt aus der Form herausgezogen werden. Überformung, Einlegeteile und farblich abgestimmte Teile sind praktikabel, ohne dass zusätzliche Werkzeugvorgänge anfallen. Unser Urethan-Gussdienst ist genau auf diese Kleinserien ausgelegt.
Härtebereich: ein Verfahren, von weich bis hart
Die Harze decken einen breiten Härtebereich ab. Lieferanten geben in der Regel gummiartige Typen von etwa Shore A 20 bis Shore A 90 sowie starre Typen im Bereich von Shore D 70 bis 80 an, gemessen mit Härteprüfern gemäß ASTM D2240. Diese Bandbreite ermöglicht es, Dichtungen, Griffe und starre Gehäuse aus einem einzigen Verfahren herzustellen.
| Harztyp | Typische Härte | Typische Anwendung |
|---|---|---|
| Gummiartiges Polyurethan | Etwa Shore A 20 bis Shore A 90 | Dichtungen, Griffe und Soft-Touch-Teile |
| Hartpolyurethan | Shore-D-Bereich von 70 bis 80 | Starre Gehäuse und Bauteile |
Wo das Spritzgießen punkten kann
Das Spritzgießen überzeugt durch niedrige Stückkosten, Wiederholgenauigkeit und Materialtreue. Sobald das Werkzeug vorliegt, sind die Zyklen kurz und weitgehend automatisiert, sodass der Stückpreis mit steigendem Produktionsvolumen stark sinkt. Die Maße bleiben über die gesamte Produktionsserie hinweg genauer und weichen weniger ab, da sich eine Metallform nicht so stark abnutzt wie eine Silikonform.
Das Wichtigste ist, dass Sie das echte Harz erhalten. Ein Teil, das aus ABS, PC oder Nylon – das ist das Material, das durch seine tatsächliche Schlagfestigkeit, Hitzebeständigkeit und seinen Zertifizierungsstatus überzeugt. Bei Bauteilen, die behördliche oder kundenseitige Prüfungen bestehen müssen, ist dies wichtiger als die Geschwindigkeit. Unser Seite „Spritzgussdienstleistungen“ erklärt, warum die Werkzeugkosten von Teil zu Teil so stark variieren.
Was kostet der Urethan-Guss im Vergleich zum Formguss?
Die Kosten für den Urethan-Guss setzen sich hauptsächlich aus Arbeitskosten und Harz zusammen. Jedes Teil wird von Hand angemischt, gegossen, ausgehärtet und aus der Form genommen, und jede Silikonform nutzt sich je nach Harz und Geometrie nach höchstens einigen Dutzend Gussvorgängen ab. Daher bleibt der Preis pro Teil hoch und nahezu unverändert, egal ob Sie 20 oder 120 Stück bestellen, und die Preisdifferenz zwischen Guss- und Formverfahren vergrößert sich mit jedem zusätzlichen Teil.
Die Kosten beim Spritzguss verlaufen umgekehrt: Es fallen hohe fixe Werkzeugkosten an, gefolgt von niedrigen variablen Kosten pro Teil. Material, Zykluszeit und Pressleistung bestimmen den Stückpreis. Die Komplexität des Werkzeugs bestimmt die fixen Kosten: Kavitäten, Seitenantriebe, Oberflächenbeschaffenheit sowie die Art des Stahls – ob Aluminium, vorgehärtet oder vollgehärtet.
Es gibt keine einheitliche Gewinnschwelle
Wir werden hier keine allgemeingültige Break-even-Zahl für den Urethan-Guss im Vergleich zum Spritzguss angeben. Die veröffentlichten Beispiele verschiedener Anbieter weichen voneinander ab, und Ihre Geometrie, Ihr Harz und Ihre Oberflächenbeschaffenheit beeinflussen das Ergebnis stärker als jeder Durchschnittswert. Im nächsten Abschnitt wird gezeigt, wie man dies richtig berechnet.
So berechnen Sie Ihre Gewinnschwelle
Fordern Sie beide Angebote für die gleichen Mengen an und gehen Sie dann wie folgt vor: Break-even-Menge = (Kosten für Spritzgusswerkzeug − Kosten für Urethan-Werkzeug) ÷ (Urethan-Preis pro Teil − Spritzgusspreis pro Teil). Unterhalb dieser Menge ist der Guss insgesamt kostengünstiger. Oberhalb dieser Menge ist das Formverfahren kostengünstiger.
Die gleiche Formel gilt für jede Entscheidung zwischen Guss und Formfertigung, einschließlich Brückenwerkzeugen. Hier ist ein anschauliches Beispiel mit runden Zahlen, die lediglich zur Veranschaulichung der Berechnung dienen und keine Preisangabe darstellen.
Beispiel mit Lösung
| Kostenposition | Wert im Beispiel |
|---|---|
| Spritzgussformen | 6,000 |
| Silikonformen und Urmodelle | 600 |
| Unterschiede bei den Werkzeugen | 5,400 |
| Preis für Gussteile | 28 |
| Preis für Formteile | 2 |
| Differenz pro Teil | 26 |
| Gewinnschwelle | Etwa 208 Teile |
Angenommen, die Form kostet 6.000, die Silikonform und das Urmodell kosten 600, ein Gussteil kostet 28 und ein Spritzgussteil kostet 2. Die Differenz bei den Werkzeugkosten beträgt 5.400. Die Differenz pro Teil beträgt 26. Die Gewinnschwelle liegt bei etwa 208 Teilen.
Drei Einstellungen, die die Frequenzweiche beeinflussen
Drei Anpassungen sorgen für korrekte Berechnungen:
- Zählen Sie die Silikonformen, die Sie tatsächlich benötigen werden. Wenn eine Form einige Dutzend Gussteile liefert, sind für einen Auftrag über 200 Teile möglicherweise mehrere Formen erforderlich, und diese Werkzeuge fallen auf die Gussseite der Gleichung.
- Rechnen Sie den Zeitaufwand hinzu. Wenn die Formgebung bedeutet, dass man noch mehrere Wochen warten muss, während Umsätze verloren gehen oder sich eine Markteinführung verzögert, hat diese Verzögerung ihren Preis.
- Änderungen am Design einbeziehen. Wenn Sie zwei weitere Überarbeitungen erwarten, lassen sich diese beim Guss kostengünstig umsetzen. Jede Änderung an einem Werkzeug aus gehärtetem Stahl kostet echtes Geld und echte Arbeitstage.
Sobald alle drei enthalten sind, verschiebt sich oft die Übergangsgrenze, und die Anzahl der Silikonformen ist der Posten, der am häufigsten ausgelassen wird.
Wann man sich für Urethan-Guss entscheiden sollte – und wann man etwas anderes wählen sollte
Entscheiden Sie sich für Urethan-Guss, wenn mindestens zwei der folgenden Punkte zutreffen:
- Sie benötigen die Teile innerhalb weniger Tage oder Wochen, nicht erst nach der Fertigung eines Werkzeugs.
- Das Design wird sich wahrscheinlich erneut ändern.
- Die Menge liegt im zweistelligen oder niedrigen dreistelligen Bereich.
- Sie benötigen umspritzte, Soft-Touch- oder farblich abgestimmte Muster, ohne für Werkzeugkosten aufkommen zu müssen.
Wechseln Sie zum Spritzgießen, wenn
- Der Entwurf ist festgelegt und validiert.
- Das jährliche Volumen liegt im vierstelligen Bereich.
- Das Bauteil muss aus einem bestimmten, zertifizierten Harz hergestellt werden.
- Sie benötigen von Serie zu Serie enge, wiederholbare Toleranzen.
| Situation | Wählen Sie Urethan-Guss | Umstellung auf Spritzguss |
|---|---|---|
| Entwurfsstatus | Im Wandel begriffen | Eingefroren und validiert |
| Anzahl | Zehn bis einige Hundert | Tausende pro Jahr |
| Zeitplanung | Benötigte Teile in wenigen Tagen oder Wochen | Verfügbare Zeit für die Erstellung eines Tools |
| Material | Kunstharz ist zulässig | Es ist ein bestimmtes zertifiziertes Harz erforderlich |
| Toleranzen | Die üblichen Gusstoleranzen reichen aus | Enge, wiederholbare Toleranzen von Durchlauf zu Durchlauf |
In vielen Programmen werden Urethan-Gussverfahren und Spritzguss kombiniert eingesetzt. Ein gängiger Ablauf ist der Einsatz von Urethan-Guss für Konstruktions- und Pilotbauten, ein Aluminium- Brückenwerkzeug für die ersten Produktionsmengen, anschließend gehärteter Stahl, sobald sich die Nachfrage bestätigt hat.
Die Validierungsfalle: “ABS-ähnlich” ist nicht gleich ABS
Ein häufiger und kostspieliger Fehler: Ein Team genehmigt ein Design für Urethan-Gussteile, doch dann verhalten sich die ersten Formteile anders, da beim Gießen und beim Formen unterschiedliche Materialien verwendet werden.
Urethanharze sind so formuliert, dass sie Thermoplaste, weshalb Anbieter Typen verkaufen, die als „ABS-ähnlich“, „PC-ähnlich“ oder „PP-ähnlich“ bezeichnet werden. Diese entsprechen in einigen Eigenschaften, wie beispielsweise Härte oder Steifigkeit, den Anforderungen für Passform- und Formprüfungen ausreichend genau. Sie entsprechen jedoch nicht allen Eigenschaften. Chemische Beständigkeit, Langzeitkriechen, Ermüdungsverhalten in einem „Living Hinge“, Wärmeformbeständigkeit und Entflammbarkeit können sich alle vom echten Kunststoff unterscheiden.
Was wird nicht übertragen?
Das hat praktische Konsequenzen:
- Angaben zur Entflammbarkeit sind nicht übertragbar. Eine nach UL 94 klassifizierte Gussform gibt Auskunft über das Urethan, nicht über den thermoplastischen Formstoff. Zertifizierungsprüfungen beziehen sich auf Formteile.
- Schnappverbindungen verhalten sich anders. Ein Clip, der wiederholte Montagevorgänge in einem flexiblen Urethan übersteht, kann in einem steiferen Formharz reißen – oder umgekehrt.
- Der Schwund ist anders. Thermoplaste schrumpfen beim Abkühlen im Formwerkzeug jeweils unterschiedlich stark, sodass sich ein Maß, das auf dem Gussteil passt, auf dem Formteil verschieben kann.
| Eigenschaft | Gussteil aus Urethan | Thermoplastisches Formteil |
|---|---|---|
| Entflammbarkeitsklasse | Nur für dieses Urethan geeignet | Erfordert eigene Zertifizierungsprüfungen |
| Einrastverhalten | Flexibles Urethan hält wiederholten Montagevorgängen stand | Härteres Harz kann Risse bilden – oder umgekehrt |
| Schrumpfung | Es folgt die Aushärtung des Gussstücks | Zeigt die Abkühlgeschwindigkeit des Thermoplasts im Werkzeug an |
Verwenden Sie Gussteile, um Passform, Form, Montage und Anwenderrückmeldungen zu überprüfen. Verwenden Sie Formteile, idealerweise aus einem Brückenwerkzeug, um alles zu überprüfen, was vom tatsächlichen Material abhängt.
Entwicklung eines Bauteils, das für beide Prozesse geeignet ist
Sie können sich die Arbeit bei einer Neukonstruktion sparen, indem Sie das Gussmodell so zeichnen, als wäre es bereits für ein Stahlwerkzeug vorgesehen – so dient ein einziges CAD-Modell sowohl für den Guss als auch für den Formbau. Der Guss ist ein nachsichtiges Verfahren, und genau deshalb erweisen sich Teile, die im Urethan-Verfahren freigegeben wurden, oft als nicht formbar.
- Jetzt Entwurf hinzufügen. Silikon lässt Wände ohne Formschräge leicht ablösen. Ein Metallwerkzeug hingegen nicht. Bringen Sie bereits ab der ersten Überarbeitung Formschrägen an vertikalen Flächen an.
- Halten Sie die Wände innerhalb der Formgrenzen. Beim Gussverfahren lassen sich dicke Querschnitte realisieren, die bei einem Formteil absinken oder sich verziehen würden. Die Wandstärken sollten relativ gleichmäßig sein und im für das Formverfahren typischen Bereich von 0,5 bis 4 mm liegen.
- Vermeiden Sie Hinterschneidungen, für die Sie später bezahlen müssen. Wenn eine Hinterschneidung nur deshalb funktioniert, weil sich Silikon biegen lässt, sollten Sie dies vermerken. Bei Stahl entsteht dadurch eine seitliche Kraft oder ein Heber.
- Planen Sie den Anguss und die Trennfuge. Legen Sie fest, wo das Formteil mit einem Anguss versehen wird und wo die Trennlinie verläuft, und halten Sie die Sichtflächen von beiden Bereichen fern.
Eine kurze DFM-Prüfung vor der Herstellung der Masterform kostet nur wenig und verhindert die teuerste Art von Änderungen: solche, die erst nach dem Schneiden des Stahls entdeckt werden. In unserem Leitfaden zum Urethan-Gussverfahren für Kleinserien werden die Vorbereitungen für die Masterform ausführlicher behandelt.
Häufige Fehler, die Käufer machen
Bei Guss- und Formprojekten treten vier Fehler immer wieder auf:
- Es wird nur ein Prozess zitiert. Ohne Angebote für Guss- und Formteile in derselben Stückzahl gibt es keinen Break-even-Punkt, den man vergleichen könnte.
- Unter der Annahme, dass das Gießharz mit dem Produktionsharz identisch ist. Siehe den Validierungshinweis oben.
- Bestellung von Hunderten von Gussteilen für eine Konstruktion, deren Ausgestaltung bereits feststeht. In diesem Fall ist ein einfaches Werkzeug aus Aluminium oft kostengünstiger und bietet Ihnen das echte Material.
- Das Schneiden von gehärtetem Stahl, bevor die Konstruktion stabil ist. Änderungen nach dem Aushärten sind zeitaufwendig und kostspielig. Hier machen sich Gussteile oder eine Überbrückungsform bezahlt.
Häufig gestellte Fragen
Was sind die wesentlichen Unterschiede zwischen Spritzguss und Urethan-Guss?
Beim Urethan-Guss wird Polyurethanharz in eine weiche Silikonform gegossen, wodurch die Werkzeugherstellung kostengünstig und schnell ist, die einzelnen Teile jedoch teurer sind und die Formen sich schnell abnutzen. Beim Spritzguss wird geschmolzener Thermoplast in ein Metallwerkzeug eingespritzt, was zwar zunächst höhere Kosten verursacht, aber eine kostengünstige Fertigung der Teile mit engeren Toleranzen und unter Verwendung des eigentlichen Produktionsharzes ermöglicht.
Wie viel kostet ein Urethan-Guss?
Die Kosten hängen von der Größe des Teils, dem Harz, der Oberflächenbeschaffenheit und der Stückzahl ab. Sie bezahlen für ein Urmodell, eine oder mehrere Silikonformen sowie den Arbeitsaufwand für jeden Guss, sodass der Preis pro Teil relativ hoch und konstant bleibt. Fordern Sie Angebote für zwei oder drei verschiedene Stückzahlen an, damit Sie sehen können, wie sich die Werkzeugkosten auf den Auftrag verteilen.
Ist Spritzgießen dasselbe wie Gießen?
Nein. Beim Gussverfahren wird eine Form mithilfe der Schwerkraft oder eines Vakuums mit flüssigem Harz gefüllt, das chemisch aushärtet – in der Regel in einer weichen Form. Beim Spritzguss wird geschmolzener Thermoplast unter hohem Druck in eine harte Metallform gepresst und anschließend abgekühlt. Der Druck und die Metallform sorgen dafür, dass das Formverfahren bei großen Stückzahlen schneller und präziser abläuft.
Lässt sich Urethan im Spritzgussverfahren verarbeiten?
Thermoplastisches Polyurethan (TPU) lässt sich spritzgießen und wird häufig für Dichtungen, Griffe und flexible Teile verwendet. Die im Urethan-Gussverfahren verwendeten Zweikomponenten-Polyurethanharze sind chemisch aushärtende Duroplaste, sodass sie nicht geschmolzen und eingespritzt werden können. Wenn Sie in der Produktion eine urethanähnliche Haptik erzielen möchten, erkundigen Sie sich nach dem Spritzgießen von TPU.
Wann sollte man vom Urethan-Gussverfahren zum Spritzgussverfahren wechseln?
Wechseln Sie, sobald das Design feststeht, das Volumen einen Punkt erreicht, an dem die über die gesamte Produktionsserie verteilten Werkzeugkosten den Gusspreis pro Teil übersteigen, oder das Teil aus einem bestimmten zertifizierten Thermoplast hergestellt werden muss. Viele Teams wechseln zunächst zu einem Aluminium-Brückenwerkzeug und dann, sobald sich die Nachfrage bestätigt hat, zu gehärtetem Stahl.
Die Wahl zwischen Urethan-Guss und Spritzguss für Ihr Projekt
Wenn Sie noch Änderungen am Design vornehmen, Teile schnell benötigen oder weniger als ein paar Hundert Stück benötigen, ist gegossenes Urethan in der Regel die bessere Wahl. Wenn das Design feststeht, die Stückzahlen steigen oder das Bauteil aus einem echten Thermoplast zertifiziert werden muss, ist Spritzguss die bessere Option – und je früher Sie dies bereits bei der Herstellung des Meistermodells einplanen, desto kostengünstiger wird der Wechsel.
Die Angaben in diesem Leitfaden sind typische Werte, und Ihr Schwellenwert hängt von Ihrer Geometrie, dem verwendeten Harz und der Oberflächenbeschaffenheit ab. Am zuverlässigsten lässt sich dies entscheiden, indem Sie die Kosten für Urethan-Guss und Spritzguss bei gleichen Stückzahlen vergleichen. Senden XY-Bearbeitung Ihre CAD-Datei, und wir erstellen Ihnen ein Vergleichsangebot für Guss- und Formteile mit DFM-Hinweisen für beide Verfahren.
