Kleinserien-Spritzguss: Kosteneffiziente Produktion für kleine Stückzahlen

Spritzguss ist ein bewährtes Fertigungsverfahren, das Herstellern ermöglicht, identische Teile in großen Stückzahlen mit konsistenter Qualität zu produzieren. Dabei wird geschmolzener Kunststoff unter hohem Druck in eine langlebige Metallform gespritzt, die so konzipiert ist, dass das Teil schnell abkühlt und ausgeworfen werden kann. Nach dem Auswurf schließt sich die Presse und der Vorgang wiederholt sich. Viele alltägliche Kunststoffprodukte – von Kämmen und Flaschenverschlüssen bis hin zu Autoteilen und Zahnrädern – werden im Spritzgussverfahren hergestellt.

Historische Herausforderung: Hohe Einstiegskosten

Traditionell mussten spritzgegossene Teile in großen Mengen gefertigt werden, um die hohen Anlaufkosten zu amortisieren. Ein gehärteter Stahlwerkzeug kostet Zehntausende Euro und erfordert Wochen bis Monate für die Herstellung. Doch seine Langlebigkeit ermöglicht es Herstellern, die Investition über die Zeit hereinzuholen und den Stückpreis zu senken.

Der Wandel: Kleinserien-Spritzguss als Lösung

Da sich Märkte weiterentwickeln – erkennbar am Trend zu individuellen und kleinserienproduzierten Erzeugnissen – passen Hersteller ihre Prozesse an, um von neuen, effizienteren Methoden zu profitieren. Der Kleinserien-Spritzguss ist eine dieser Methoden.

Hauptvorteile des Kleinserien-Spritzgusses

Beim Kleinserien-Spritzguss werden statt gehärteter Stahlformen weichere Aluminiumwerkzeuge eingesetzt, die einfacher und günstiger herzustellen sind. Diese Formen sind zwar nicht so langlebig wie ihre Pendants aus gehärtetem Stahl, doch bei kleinen Stückzahlen ist diese Haltbarkeit oft gar nicht nötig. Strategisch eingesetzt können Weichwerkzeuge die Werkzeugkosten erheblich senken und die Produktionszeitpläne verkürzen.

Typischerweise bezeichnet Kleinserien-Spritzguss die Fertigung von bis zu 100.000 Teilen. Für Laien mag diese Zahl hoch erscheinen, doch im Vergleich zur Großserienfertigung mit zehn Millionen Teilen und mehr ist sie gering. Die 100.000-Grenze ist kein offizieller Cut-off, sondern ein Richtwert, ab dem Aluminiumwerkzeuge weniger kosteneffizient werden als die Investition in gehärtete Stahlwerkzeuge.

Gleichzeitig erfordern gehärtete Stähle für traditionelle Formen erhebliche Vorabinvestitionen an Zeit und Geld. Aluminium- und niedriglegierte Stahlwerkzeuge sind deutlich günstiger und schneller herstellbar. Damit können Hersteller Prototypen und funktionsfähige Teile fertigen, ohne sich auf hohe Mindestbestellmengen festlegen zu müssen, während Design und Produktion kontinuierlich verfeinert werden. Dies ermöglicht einen früheren Produktionsstart und verkürzt die Time-to-Market erheblich, wodurch sich die Amortisationszeit verkürzt.

Kürzere Lieferzeiten kommen besonders kleinen Produktteams mit knappen Budgets zugute, die nun Teile mit relativ geringen Mindestbestellmengen gewinnbringend fertigen können. Zudem können Lagerung und Entsorgung von Überbeständen schnell teuer werden – der Kleinserien-Spritzguss minimiert Überschüsse, indem Teams nur die tatsächlich benötigten Mengen produzieren.

Neben der Möglichkeit, Kleinserien und kundenspezifische Teile herzustellen, bietet der Rapid-Injection-Moulding-Prozess eine effiziente Brückenlösung (Bridge Tooling). Hersteller können gleichzeitig gehärtete Stahlwerkzeuge fertigen lassen und währenddessen mit Aluminiumwerkzeugen bereits Teile produzieren.

Ein weiterer signifikanter Vorteil weicherer Spritzgusswerkzeuge: Sie beeinträchtigen die Teilequalität kaum. Bei Berücksichtigung geeigneter Designrichtlinien sind im Kleinserienverfahren gefertigte Kunststoffteile qualitativ gleichwertig zu Teilen aus gehärteten Stahlformen.

Wichtige Designüberlegungen für den Kleinserien-Spritzguss

Bei der Konstruktion von Teilen für die Kleinserienfertigung sind einige Aspekte zu beachten: allgemeine Teilekomplexität, Entformungsschräge, Wandstärke und Oberflächenbeschaffenheit.

Bei der Arbeit mit Aluminium sollten Seitenschieber oder Kernzieher, die sonst bei komplexen Bauten üblich sind, vermieden werden. Diese Operationen verursachen Werkzeugverschleiß – weichere Aluminiumlegierungen halten solchen Drücken nicht lange stand. Niedrigharte Stähle wie P20 eignen sich als optimale Alternative für solche Werkzeuge.

Die Entformungsschräge bezeichnet eine in das Design integrierte Konizität, die das Auswerfen des Teils aus der Form erleichtert. Ein rechteckiger Kuchenbackrahmen verdeutlicht das Prinzip: Wäre er wirklich rechteckig, ließe sich der Kuchen schwer entnehmen. Abgerundete Kanten und geneigte Seiten ermöglichen ein leichtes Herauslösen. Dasselbe gilt für spritzgegossene Teile. Alle senkrechten Flächen sollten mindestens 0,5° Entformungsschräge aufweisen, besser 2–3°, sofern das Design es zulässt. Komplexe Flächen können bis zu 5° erfordern.

Die Wandstärke eines Bauteils muss ebenfalls bedacht werden: Dickere Wände bedeuten nicht zwangsläufig höhere Festigkeit oder Leistung – besonders bei Thermoplasten. Dicke Querschnitte erhöhen die Gefahr von Verzug oder Schwindmarken beim Abkühlen. Wandstärken sollten daher typischerweise zwischen 1 und 3,5 mm (0,040–0,140 Zoll) über das gesamte Teil hinweg liegen.

Hersteller können Werkzeugkosten und Lieferzeiten senken, indem sie auf unnötige Oberflächenveredelungen verzichten. Wenn die Anwendung keine extrem glatte Oberfläche erfordert – was das manuelle Polieren der Formkavitäten mit Diamantpasten einschließen kann –, ist diese meist entbehrlich. Die für die jeweilige Anwendung kosteneffizienteste Oberflächenbeschaffenheit zu wählen, ist entscheidend für niedrige Produktionskosten und kurze Fertigungszeiten.

Kleinserien-Spritzguss strategisch nutzen

Spritzguss ist eine äußerst nützliche Fertigungsmethode, häufig eingesetzt für große Stückzahlen identischer Teile. Die hohen Werkzeugkosten für gehärtete Metallformen erforderten traditionell hohe Volumen, um wirtschaftlich zu sein. Doch Fortschritte in Fertigungsprozessen und -technologien ermöglichen es Produktteams heute, Rapid-Injection-Moulding-Teile wirtschaftlich in kleineren Mengen herzustellen und effiziente Brückenwerkzeug-Lösungen bereitzustellen.

Bei Fast Radius streben wir stets nach effizienterer Arbeit. Das bedeutet enge Zusammenarbeit mit unseren Kunden – von Design und Prototyping bis hin zu Nachbearbeitung und Auslieferung –, um sicherzustellen, dass sie hochwertige Teile erhalten, die kostengünstig gefertigt und in kurzen Zeiträumen geliefert werden. Kontaktieren Sie uns noch heute, um zu erfahren, wie wir Ihre Designs zum Leben erwecken können.