Wird der 3D-Druck den Spritzguss ersetzen? NEIN, und hier ist der Grund!

Wenn Sie in den letzten zehn Jahren mindestens einmal die Nachrichten gelesen haben, sind Sie sich möglicherweise der sogenannten 3D-Druckrevolution bewusst. Obwohl die additive Fertigung seit den 1980er Jahren in der Industrie eingesetzt wird, war sie bis vor kurzem für Hobbyanwender nicht weit verbreitet.

Die Gründung des RepRap-Projekts ermöglichte neben dem Ablauf mehrerer Patente eine beschleunigte Senkung der Kosten für Hobby-3D-Drucker.

Jetzt, da fast jeder einen 3D-Drucker in die Hände bekommen kann, fragen sich viele Leute, welche Grenzen diese Technologie hat, und vor allem, ob sie herkömmliche Produktionsmethoden wie das Spritzgießen irgendwann ersetzen wird.

Obwohl der 3D-Druck definitiv seinen Platz im industriellen Bereich hat, wird er die traditionelle Spritzgussproduktion zumindest in den kommenden Jahren nicht ersetzen. Beide Technologien haben ihre Vor- und Nachteile und können sich in bestimmten Bereichen übertreffen. Während sich der 3D-Druck hervorragend für kleine Produktionschargen und die Erstellung von Prototypen eignet, ist der Spritzguss für große Produktionen immer noch am kosteneffizientesten.

Aufgrund der geringeren Materialkosten und der Energieeffizienz des Spritzgießens ist es die empfohlene Produktionstechnologie, wenn mehr als (ungefähr) hundert Kilogramm Kunststoffeinheiten desselben Produkts hergestellt werden.

Warum ist 3D-Druck teurer als Spritzguss?

Vorausgesetzt, Sie haben bereits eine Form, um mit der Produktion zu beginnen, ist die Spritzgussproduktion pro Einheit viel billiger als der 3D-Druck. Dies liegt sowohl an den tatsächlichen Kosten des für beide Techniken verwendeten Kunststoffs als auch an der Energieeffizienz jeder Technologie.

Energieeffizienz von 3D-Druck und Spritzguss

Die durchschnittliche Leistungsaufnahme eines funktionierenden 3D-Druckers beim Drucken bei 200 °C mit einem auf 60 °C eingestellten Heizbett beträgt ca. 125 W/h. Das bedeutet, dass der 3D-Druck im Durchschnitt 9,61 kW pro Kilogramm Kunststoff verbraucht, während wir für die Herstellung der gleichen Menge Kunststoff im Spritzgussverfahren nur durchschnittlich 1,5 kW benötigen würden.

Bei einem durchschnittlichen Satz von 13 Cent pro kW/h (ein angemessener Preis für die Vereinigten Staaten) belaufen sich die Kosten für die Herstellung von 1 kg Kunststoff auf 1,25 $ für den 3D-Druck und 0,19 $ für den Spritzguss.

Obwohl diese Zahlen eine grobe Annäherung sind und die genauen Kosten jeder Technologie von der verwendeten spezifischen Maschine und den hergestellten Modellen abhängen, können wir dennoch schlussfolgern, dass das Spritzgießen in Bezug auf den Stromverbrauch bei ungefähr der gleichen Leistung effizienter ist (um ca Faktor von mehr als 6).

Die für diese Berechnung verwendeten Stromverbrauchsschätzungen basieren auf unseren eigenen Messungen eines Ender 3 v2 (siehe Artikel von Facundo zu diesem Thema). Sie haben vielleicht erraten, dass weder er noch ich eine Spritzgussmaschine zu Hause haben, also habe ich diese Berechnungen auf den Durchschnitt mehrerer seriöser Quellen gestützt.

Kunststoffkosten für 3D-Druck und Spritzguss

Die Kosten pro Kilogramm Material für 3D-Drucker sind etwa 20-mal teurer als die für den Spritzguss verwendeten Kunststoffpellets.

Wenn Sie jemals Filament für einen 3D-Drucker gekauft haben, können Sie wahrscheinlich zustimmen, dass es nicht ungewöhnlich ist, 20 US-Dollar für eine Spule PLA oder ABS zu bezahlen. Vergleichen Sie das mit den durchschnittlichen Kosten von 1 US-Dollar für ein Kilogramm ABS-Pellets und jetzt wissen wir definitiv, warum die meisten unserer Alltagsgeräte nicht 3D-gedruckt sind.

Ist Spritzguss immer billiger als 3D-Druck?

Obwohl wir bereits festgestellt haben, dass Spritzguss für die Herstellung größerer Mengen eines bestimmten Produkts viel kosteneffizienter ist, haben 3D-Drucker auch ihren Platz in der Industrie.

Oft ist es nur notwendig, eine kleine bis mittlere Charge eines bestimmten Produkts zu produzieren. Dies kann bei einem Prototypen oder einem Produkt der Fall sein, das nur einen Nischenmarkt bedient und daher nur eine begrenzte Nachfrage hat.

Bei kleineren Mengen sind die Kosten für die Form selbst sehr wichtig. Grob gesagt kann Sie eine Form mit nur einem Hohlraum (eine einfache) zwischen 1.000 und 2.000 US-Dollar kosten, während große und komplexe Formen bis zu 75.000 US-Dollar kosten können.

Nach dem Preis einer Form zu fragen, ist wie nach dem Preis eines Autos zu fragen, da die Auswahl riesig ist. Der Wert meines Autos ist wahrscheinlich niedriger als der Preis eines Ferrari. Um beide Technologien zu vergleichen, vergleiche ich dennoch beide Technologien unter der Annahme von Formkosten von 10.000 $

Wie Sie der nachstehenden Grafik entnehmen können, wird der Spritzguss bei etwa 500 kg produzierter Artikel kosteneffizienter als der 3D-Druck.

Dieser Wendepunkt (500 kg) hängt stark von den Kosten der Form selbst ab. Wenn wir die gleichen Berechnungen noch einmal durchführen, aber einen Formpreis von nur 2.000 $ (für eine einfache Form mit einer Kavität) annehmen, sollten wir uns entscheiden, bei etwa 100 Kilogramm vom 3D-Druck zum Spritzguss zu wechseln.

Wann sollte ich einen 3D-Drucker anstelle von Spritzguss verwenden?

Die additive Fertigung ist in Fällen bequemer, in denen die erforderliche Produktion nur wenige Dutzend Kilogramm beträgt. Es wird auch für das schnelle Prototyping neuer Modelle empfohlen, da es Designern ermöglicht, ihre Modelle zu iterieren und zu optimieren, ohne dass erhebliche Kosten entstehen.

Die 3D-Drucktechnologie ermöglicht es Designern auch, Formen zu entwerfen, die mit herkömmlichen Herstellungsmethoden nicht hergestellt werden könnten. Der folgende Eiffelturm, den ich mit meinem Ender 3 v2 gedruckt habe, kann nicht im Spritzguss hergestellt werden.

Ist 3D-Druck langsamer als Spritzguss?

Ein 3D-Drucker ist definitiv langsamer als eine Spritzgussmaschine. Beispielsweise produzieren solche Maschinen nicht selten bis zu 3.000 Flaschenverschlüsse pro Stunde. Ein 3D-Drucker würde eine Einheit des gleichen Artikels in etwa 15 Minuten ausgeben, was bedeutet, dass wir 750 Drucker benötigen würden, um die gleiche Produktionsrate zu erzielen. Umgekehrt können wir auch 750 Stunden warten, um die gleiche Menge an Einheiten zu drucken.

Allerdings ist ein 3D-Drucker definitiv schneller und bequemer, wenn es um schnelle Iterationen und Kleinserienproduktionen geht. Es ist auch während des Prototyping-Prozesses sehr praktisch. Mithilfe der additiven Fertigungstechnologie können wir sequenzielle Design-Sprints durchführen und unsere Modelle schnell optimieren und verbessern, was uns mit dem Spritzgussverfahren nicht möglich wäre.

Am wichtigsten ist, dass die Herstellung einer Form bis zu 10 Wochen dauern kann, was bedeutet, dass wir mindestens so lange warten müssten, um unsere erste produzierte Einheit zu sehen. Wenn wir andererseits den G-Code unseres Designs bereits auf einem USB-Stick geladen haben, können wir damit rechnen, unseren ersten Artikel noch am selben Tag zu erhalten.

Ist 3D-Druck-Kunststoff dasselbe wie Spritzguss-Kunststoff?

3D-Druckmaschinen verwenden Filamentspulen, um die gewünschten Einheiten herzustellen, während die Spritzgussherstellung normalerweise Kunststoffe in Form kleiner Pellets verwendet. Einige Arten von Thermoplasten werden jedoch in beiden Technologien verwendet.

Polystyrol (HIPS), ABS und Nylon sind beliebte Materialien, die sowohl im 3D-Druck als auch im Spritzguss verwendet werden. PLA ist der beliebteste Kunststoff, der in der 3D-Druck-Community verwendet wird, aber es hat fast keine Anwendungsfälle im Spritzguss.

Andere gängige Kunststoffe, die beim Spritzgießen verwendet werden, sind unter anderem Acryl, Polypropylen und Polyethylen. Diese sind nicht mit Hobby-Desktop-Druckern kompatibel, hauptsächlich aufgrund der hohen Temperaturen, die zum Extrudieren erforderlich sind.

3D-Drucker in Industriequalität, wie sie von Stratasys oder 3D Systems erhältlich sind, sind mit den meisten Thermoplasten kompatibel. Es gibt eine kleine Einschränkung:Sie werden Sie um ein paar hunderttausend Dollar zurückzahlen.

Vor- und Nachteile von 3D-Druck und Spritzguss

Beide Technologien haben ihre Anwendungen dort, wo sie die andere übertreffen, daher kann man mit Sicherheit sagen, dass beide Techniken in den kommenden Jahren (oder Jahrzehnten) verwendet werden.

Obwohl wir bereits die meisten Vor- und Nachteile jeder Technologie durchgegangen sind, wollen wir sie kurz zusammenfassen.

Vorteile des 3D-Drucks gegenüber Spritzguss

• Ermöglicht schnelle Iterationen und Designverbesserungen
• Perfekt geeignet für kleine bis mittlere Chargen
• Ermöglicht die Personalisierung eines der Artikel
• Ermöglicht Formen und Designs, die mit anderen Technologien nicht herzustellen sind
• Erfordert keine Vorabkosten (z. B. eine Form)
• Für Bastler und Prosumer gleichermaßen geeignet

Vorteile des Spritzgussverfahrens gegenüber dem 3D-Druck

• Sehr kostengünstig für große Mengen
• Verbraucht weniger Strom pro Kilogramm Plastik
• Erzeugt hochwertige Produkte mit feinen Details
• Große Mengen produzierter Einheiten pro Stunde
• Kompatibel mit einer Vielzahl von Thermoplasten
• Stärkere und widerstandsfähigere Teile

Schlussfolgerung

Zusammenfassend kann man mit Sicherheit sagen, dass der 3D-Druck die traditionellen Spritzgusstechniken nicht ersetzen wird. Die Tatsache, dass heutige 3D-Drucker nicht die gleiche Qualität und Robustheit erreichen können, die man von Spritzgussteilen erwarten kann, stellt einen großen Nachteil für die additive Fertigung dar. Darüber hinaus ermöglicht die Technologie selbst nicht die unglaublichen Produktionsraten, die mit den traditionellen Herstellungsmethoden erreichbar sind.

Sehen Sie sich unseren Bereich mit empfohlenen Produkten an

Wir haben einen Abschnitt mit empfohlenen Produkten erstellt, der es Ihnen ermöglicht, das Rätselraten zu beseitigen und den Zeitaufwand für die Suche nach Drucker, Filament oder Upgrades zu reduzieren, da wir wissen, dass dies eine sehr entmutigende Aufgabe sein kann und im Allgemeinen zu viel Verwirrung führt .

Wir haben nur eine Handvoll 3D-Drucker ausgewählt, die unserer Meinung nach sowohl für Anfänger als auch für Fortgeschrittene und sogar Experten geeignet sind, um die Entscheidung zu erleichtern, und die Filamente sowie die aufgeführten Upgrades wurden alle von uns getestet und sorgfältig ausgewählt , damit Sie wissen, dass die von Ihnen gewählte Methode wie beabsichtigt funktioniert.