Rapid Tooling

Mit 3D Druck vom Prototyp zur Kleinserie

3D- Scanner und Drucker sind in aller Munde, doch welche Wettbewerbsvorteile ergeben sich daraus für den B2B Sektor?

Der direkte Druck von Endverbraucherprodukten ist zurzeit aufgrund der reinen Materialkosten für UV-aushärtende Harze nur bei hochpreisigen Produkten interessant. Herkömmliche Filament Drucker, auch im Premium-Segment, haben zwar deutlich geringere Materialkosten, sind jedoch für den Endverbraucher qualitativ nicht zufriedenstellend, da immer eine Treppenstruktur am Modell sichtbar wird. SLA oder PolyJet-3D Drucker hingegen sind in der Lage Oberflächengüten, ähnlich denen eines konventionellen Spritzgusses herzustellen.

Die Dauerfestigkeit und die mechanischen Eigenschaften dieser Erzeugnisse leiden jedoch unter einer Versprödung durch UV-Einwirkung und überdauern nur selten zwei Jahre oder mehr. Der große Vorteil von 3D-Druckern ist die Herstellung komplexer Geometrien, die nur mit sehr großem Aufwand im Spritzguss gefertigt werden können.

Hierzu ist es wichtig zu wissen, dass die Kosten für ein Spritzgusswerkzeug quasi exponentiell mit jeder Entformungsrichtung steigen. Ein Werkzeug für Modelle mit drei oder mehr Hinterschneidungen kann dann gut und gerne 50.000€ kosten. Diese immensen Investitionskosten führen deshalb bei Kleinserien zu einer hohen Einstiegsbarriere und sind in den wenigsten Fällen wirtschaftlich zu rechtfertigen.

Die Lösung:

3D-gedruckte Spritzgusswerkzeuge zur Herstellung von Klein- und Mittelserien.

Der Druck von Werkzeugen mittels PolyJet oder SLA-Technologie ermöglicht das wirtschaftliche Fertigen von Losgrößen im Bereich von 50-2000 Bauteilen, auch mit komplexen Geometrien. Die Preise für ein solches Werkzeug beginnen bereits ab 500€. Darin inkludiert sind die Kosten für das Material und der Konstruktionsaufwand für die Form an sich.

Hinzu kommen die Stückkosten für den Spritzgussprozess. Diese sind stark abhängig von der Größe des Bauteils, sind aber mit der Lohnfertigung im konventionellen Spritzguss vergleichbar, ebenso wie die Oberflächengüte.

Die Nachteile dieser Technologie sind die längeren Standzeiten der Formen, da der Kunststoff nach jedem Spritzvorgang gekühlt werden muss. Zusätzlich wird ein Trennmittel für die Entformung notwendig. Die 3D-gedruckten Formen halten, je nach Geometrie, zwischen 50 und 2000 Schüsse aus, können danach jedoch kostengünstig Instand gesetzt werden, dank modularem Aufbau.

Sollten Ihre Bauteile Hinterschneidungen besitzen, so werden diese mittels eines manuellen Stempelsystems realisiert. Die Kosten im Vergleich zum direkten 3D-Druck können so um über 90% gesenkte werden. Bei gleichen Losgrößen sind die Einsparungen im Vergleich zu einem Aluminium- oder Stahlwerkzeug um bis zu 97% reduziert. Auch die Fertigungsdauer der Formen kann auf 1-2 Tage reduziert werden.

Gerade für Start-Ups ist diese Methode interessant und ermöglicht einen Markteintritt mit überschaubaren Investitionskosten für Klein- und Mittelserien.

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