Spritzguss-Prototypen: Definition, Verfahren & Einsatzbereiche
Zwei Bedeutungen von „Spritzguss-Prototyp“
Der Begriff wird in der Fertigung für zwei unterschiedliche Objekte verwendet:
- Prototyp als Spritzgussteil: Ein Einzelteil oder eine Kleinserie (1–100 Stk.), das im Spritzgussverfahren gefertigt wird, um Design, Passform, Funktion, Materialverhalten zu validieren – bevor teure Serienwerkzeuge gebaut werden.
- Urmodell (Master Pattern) für Werkzeugbau: Das Originalbauteil (aus beliebigem Material), nach dessen Geometrie das Spritzgusswerkzeug (Negativform) hergestellt wird – analog zum Wachsausschmelzverfahren.
Variante 1: Prototyp als Spritzgussteil (Rapid Tooling / Bridge Tooling)
Verfahren & Werkzeugtypen
| Typ | Material | Lebensdauer | Lieferzeit | Kosten | Einsatz |
|---|---|---|---|---|---|
| Aluminium-Werkzeug (Soft Tool) | Al 7075 / 6061 | 1.000–50.000 Schuss | 1–3 Wochen | 10–30 % Serienwerkzeug | Funktionstests, Kleinserien, Bridge |
| 3D-gedrucktes Werkzeug (SLA, DLP, Metal Binder Jetting) | Fotopolymer / Stahl/Bronze infiltr. | 50–500 Schuss | Tage | Sehr niedrig | Frühphase, Designvalidierung |
| Silicon-/Urethan-Gussformen (Vakuumguss) | Silikon (Negativ) + PU/Epoxid | 15–25 Abgüsse/Form | Tage | Niedrig | Optische/haftbare Prototypen, Kleinserien |
| Serienwerkzeug (Hartstahl 1.2343, 1.2083) | Warmarbeitsstahl, gehärtet | > 500.000 – Mio. | 8–16 Wochen | 100 % (Referenz) | Serienproduktion |
Materialwahl für Prototypenteile: Serienwerkstoff (PA66, PC, ABS, POM, PP, TPE) für reale mechanische/thermische Eigenschaften. Farbgebung, Einlegeteile, Überformung (2K) möglich.
Variante 2: Urmodell für Werkzeugbau (Master Pattern)
Das Urmodell kann aus Holz, Metall, Keramik, Hartschaum, 3D-Druck (SLA, SLS, MJF) bestehen. Anforderung: Dimensionsstabilität bei Vulkanisationstemperatur (150–180 °C) bei Silikonformbau. Ablauf:
- Urmodell herstellen (CAD → CAM / 3D-Druck / Zerspanung / Handmodell).
- Silikon (Kondensations- / Additionsvernetzend) um Urmodell gießen → Negativform.
- Silikonform als „Weichwerkzeug“ für Vakuumguss (PU/Epoxid) nutzen ODER
- Silikonform als Master für Galvanik (Nickel) → Metalleinsatz für Spritzgusswerkzeug (selten, für sehr feine Strukturen).
Komplexe Details (Gewinde, Unterschnitte) werden oft im Werkzeug weggelassen und nachbearbeitet (Nachschneiden, Erodieren) – Festigkeit an diesen Stellen geringer als im Spritzguss.
Entscheidungshilfe: Wann welcher Weg?
- Frühphase (Design Review, Haptik, Passung): 3D-Druck (SLA/MJF) direkt – kein Werkzeug.
- Funktionstest unter Serieneinbaubedingungen: Alu-Werkzeug oder Vakuumguss (Serienwerkstoff).
- Kleinserie / Bridge (Markteinführung vor Serienwerkzeug): Alu-Werkzeug (Rapid Tooling).
- Serienanlauf: Serienwerkzeug (Pilotlauf 0-Serie).
Kosten & Zeitrahmen (Richtwerte)
- 3D-Druck Teil: 50–500 €, 1–3 Tage.
- Vakuumguss (10 Stk.): 500–2.000 €, 1–2 Wochen.
- Alu-Werkzeug + 100 Teile: 5.000–20.000 €, 2–4 Wochen.
- Serienwerkzeug (8-fach) + 10.000 Teile: 80.000–200.000 €, 10–16 Wochen.
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