Druckguss vs. Spritzguss

In den meisten Diskussionen über Druckguss versus Spritzguss dreht sich die Entscheidungsfindung um Metall versus Kunststoff und Kosten versus Produktionsmenge. Diese Betrachtungsweise ist jedoch völlig unvollständig, ohne die Komplexität der Werkzeuge, die Anforderungen an die Oberflächenbearbeitung und die Lebensdauer der Bauteile zu berücksichtigen.

Wenn Sie die falsche Entscheidung treffen, sind die Folgen nie sofort spürbar. Sie summieren sich mit der Zeit. Das Scheitern zeigt sich später in Form von Retouren, Engpässen in der Montage oder einfach durch Margenverluste aufgrund unerwarteter Vorgänge. 

Vergleich auf einen Blick

Funktion	Druckguss	Spritzguss
1. Materialien	Nichteisenmetalle, einschließlich Aluminium, Zink und Magnesium	Thermoplaste wie ABS, Nylon, Polycarbonat
2. Materialstärke	Hohe mechanische Festigkeit	Die Teile sind leichter und flexibler.
3. Werkzeugkosten	Höher	Senken
4. Zykluszeiten/Geschwindigkeit	Langsamer	Schneller
5. Teilekomplexität	Mäßig komplex	Hochkomplexe Teile mit internen Merkmalen

Das Druckgießen von Metallteilen ist dem Spritzgießen von Kunststoffen sehr ähnlich. Beide Verfahren bieten aufgrund ihrer Skalierbarkeit, Präzision und Wiederholbarkeit technische und wirtschaftliche Vorteile.

Beim Druckgießen werden geschmolzene Metalle wie Zink oder Magnesium in eine vorgefertigte Stahlform, die sogenannte Gussform, eingespritzt und gepresst.  

Spritzgießen ist der weltweite Industriestandard für die Massenproduktion von Kunststoffprodukten. Ähnlich wie beim Druckgießen wird geschmolzenes Material unter hohem Druck in eine vorgefertigte Form eingespritzt, in diesem Fall handelt es sich jedoch um Kunststoffharz.

Druckguss

Beim Druckgussverfahren werden extrem hohe Temperaturen genutzt, um Metallmaterial zu schmelzen und in gehärteten Stahl einzuspritzen.

Bei Aluminium beispielsweise liegt die Gießtemperatur über 650 Grad Celsius. Der Druck ist ähnlich extrem und beträgt üblicherweise über 175 MPa.

Die Ingenieure entwerfen das Bauteil zunächst in 3D und fügen alle im Endprodukt erwarteten Merkmale hinzu.

Im nächsten Schritt wird die Matrize mittels CNC-Bearbeitung aus einem Stahlblock gefräst . Die Matrize besteht typischerweise aus zwei Hälften, die bereits mit Auswerferstiften und Kühlkanälen versehen sind.

Nach der Werkzeugherstellung wird das Metall mithilfe eines hydraulischen Kolbensystems in die Matrize gepresst. Das Material erstarrt dort und wird anschließend als Rohling ausgeworfen.

Vorteile des Druckgussverfahrens

• Massenproduktionskapazitäten (Millionen von Teilen aus einem einzigen Werkzeug)
• Die Teile weisen ein hohes Verhältnis von mechanischer Festigkeit zu Gewicht auf.
•  Die Teile weisen enge Toleranzen bis zu 0.1 mm auf.
•  Druckgussteile leiten Wärme problemlos ab

Nachteile des Druckgussverfahrens

• Hohe Werkzeugkosten, da die Stahlwerkzeuge extremem Druck und hohen Temperaturen standhalten müssen.
•  Es funktioniert nur mit Nichteisenmetallen oder niedrigschmelzenden Materialien
•  Porosität und Luftblasen stellen bei der Hochgeschwindigkeitsinjektion eine ständige Gefahr dar.
• Konstruktionsfehler lassen sich nach der Werkzeugherstellung nur schwer beheben.

Spritzguss

Das 3D-Modell des Bauteils wird zunächst einer fertigungsgerechten Konstruktionsprüfung unterzogen. Diese umfasst die Optimierung und Validierung von Entformungsschrägen und Wandstärkengleichmäßigkeit sowie das Hinzufügen von Rippen.

Der Werkzeugherstellungsprozess beim Spritzgießen ist dem Werkzeugherstellungsprozess beim Druckgießen sehr ähnlich.

Die Form wird mittels CNC-Bearbeitung aus einem massiven Stahl- oder Aluminiumblock herausgearbeitet und für den Einbau von Auswerferstiften und Kühlkreisläufen gebohrt.

Die Funkenerosion (EDM) kann später eingesetzt werden, um scharfe Details hinzuzufügen und Kanten an der Form zu verfeinern.

Nach der Werkzeugherstellung werden die geschmolzenen Kunststoffharze bei hohen Temperaturen (typischerweise zwischen 150 Grad Celsius und 350 Grad Celsius, je nach Material) geschmolzen und unter hohem Druck von bis zu 200 MPa in die Form eingespritzt.

Vorteile des Spritzgießens

• Es unterstützt eine breite Palette von Materialien, darunter Polymere, Harze und Kunststoffe.
• Die Stückkosten sind beim Spritzgussverfahren niedriger als beim Druckguss.
• Spritzgegossene Teile sind leicht und äußerst praktisch für Konsumgüter und Verpackungen.
•  Die Teile weisen eine hervorragende Oberflächengüte im Formzustand auf, die nur minimale Nachbearbeitungen erfordert.
•  Komplexe Merkmale wie Schnappverbindungen und Filmscharniere können in die Form integriert werden.

 Nachteile des Spritzgießens

• Spritzgussteile weisen eine kürzere Lebensdauer und eine geringere mechanische Festigkeit auf.
• Die Teile sind unter extremer Hitze weniger stabil und können in Anwendungsfällen schmelzen, in denen Druckgussteile überlegen sind.
•  Die Recyclingfähigkeit von IM-Komponenten erreicht bei Weitem nicht die 95%ige Recyclingfähigkeit von Aluminium im Druckguss.
•  Die Toleranzstabilität kann je nach Materialschrumpfung variieren.

Prozessfähigkeiten

Bei der Wahl zwischen Druckguss und Spritzguss ist zu beachten, dass Geometrie, Wandstärke und integrierte Merkmale die Prozessfähigkeit beeinflussen. 

Wandstärke

Entscheiden Sie sich für Druckguss, wenn Sie ein Verfahren benötigen, das dünne Wände mit größeren Abweichungen ohne Einbußen bei der Zuverlässigkeit ermöglicht. Sie können ein Bauteil mit Wandstärken von nur 2 mm an einer Stelle und 4 mm an einer anderen herstellen.

Für Teile, die weniger anfällig für Verzug und Einfallstellen sind, empfiehlt sich Spritzguss. Wandstärken bis zu 1.0 mm sind möglich, was insbesondere bei Konsumverpackungen von Vorteil ist, jedoch die Toleranzen begrenzt. Ändert sich die Wandstärke beispielsweise von 1 mm auf 3 mm, schrumpft und verzieht sich der dickere Bereich.

Materialkonsistenz

Wenn Sie sich für Spritzguss entscheiden, sollten Sie die Materialhandhabungsprozesse Ihres Lieferanten genauer prüfen. Die mit dem Spritzguss verbundenen Materialrisiken sind beim Druckguss weniger ausgeprägt. Metalle nehmen keine Feuchtigkeit auf und zersetzen sich beim Recycling nicht. Die Materialbedenken beschränken sich auf die Metallreinheit. Sie können eine höhere Maßgenauigkeit bei Tausenden von Teilen erwarten.

Beim Spritzgießen kommt es bei nicht vollständig getrocknetem ABS vor dem Einspritzen zur Hydrolyse. Dies führt zu einer geringeren Viskosität und meist zu höheren Schrumpfungsraten als ursprünglich erwartet. Mit jedem Recyclingzyklus wird der Kunststoff noch spröder und unberechenbarer.

Nachbearbeitung

Für Projekte, bei denen die Teile keine oder nur sehr kurze Nachbearbeitung benötigen, ist Spritzguss die optimale Wahl. Selbst interne Merkmale wie eingegossene Texturen, Einsätze, Klammern und Ansätze lassen sich bereits während der Werkzeugherstellung integrieren. So gelangen die Teile direkt vom Formwerkzeug auf das Förderband zum Versand.

Bei Druckgussprojekten verhält es sich genau umgekehrt. Sie müssen stets mit längeren Lieferzeiten und einer hohen Rechnung für Nachbearbeitungen rechnen, die Einzelkosten für Entgraten, Imprägnieren, Bearbeiten und Beschichten umfasst, um Folgendes auszugleichen:

• Blinken (Flash)
• Porosität
•  Fließmarken
• Das Risiko der Oxidation

Präzision und Toleranzen

Sowohl Druckguss als auch Spritzguss bieten ein extrem hohes Maß an Präzision, es gibt jedoch einige wichtige Details zu beachten.

Vorhersagbarkeit der Toleranz

Sowohl Druckguss als auch Spritzguss ermöglichen enge Toleranzen von bis zu ±0.05 mm.

Beim Druckguss hingegen werden höhere Toleranzstabilität und Vorhersagbarkeit über Teile und Chargen hinweg erreicht. Der Grund dafür ist einfach: Metall ist formstabiler und daher weniger anfällig für Verformungen und Verzug beim Abkühlen.

Die Toleranzen beim Spritzgießen sind ungenau und die Einhaltung teurer. Das liegt daran, dass Kunststoffe beim Abkühlen und Erstarren schrumpfen und sich verziehen.

Die thermische Ausdehnung erschwert die Sache zusätzlich, da Kunststoffteile nach dem Transport bei Einwirkung von heißen oder feuchten Umgebungen außerhalb der Toleranz liegen können.

Der Montagefaktor

Entscheiden Sie sich für Spritzguss, wenn Sie bei der Montage großzügige Toleranzen wünschen. Kunststoffe sind so flexibel, dass die Teile auch bei geringfügigen Toleranzabweichungen problemlos zusammenpassen.

Beim Druckguss gibt es praktisch keinen Spielraum für Fehler. Wie zu erwarten, passen die Teile nicht, wenn die Toleranzen nur um wenige Millimeter abweichen. Druckguss muss daher als hochpräziser und fehlertoleranter Produktionsprozess betrachtet werden.

Materialunterschiede

Die Materialentscheidung zwischen Druckguss und Spritzguss hängt davon ab, wie sich das Bauteil in seiner Einsatzumgebung verhalten soll.

Thermische Leistung

Entscheiden Sie sich für Druckguss, wenn Sie Teile benötigen, die in Umgebungen mit hohen Temperaturen eingesetzt werden können. Aluminium hält Temperaturen von bis zu 600 Grad Celsius stand. Unter denselben Temperaturbedingungen würden viele im Direkteinspritzverfahren hergestellte Bauteile schmelzen.

Viele Kunststoffe verlieren bei solch hohen Temperaturen zwar ihre gesamte strukturelle und mechanische Festigkeit, Kunststoff ist aber ein hervorragender Isolator. Spritzguss ist die richtige Wahl, wenn Oberflächen oder Benutzer vor Hitze geschützt werden müssen, z. B. Kunststoffgriffe an Kochtöpfen.

Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht

Für leichte Bauteile mit vielfältigen Einsatzmöglichkeiten (auch in tragenden Bereichen) ist Spritzguss die beste Wahl. Technische Kunststoffe können sogar die Festigkeit mancher Metalle erreichen, jedoch ohne deren zusätzliches Gewicht.

Wenn Sie Teile benötigen, die hohen Belastungen und mechanischer Beanspruchung standhalten, ist Druckguss die richtige Wahl. Metallische Druckgussteile verbiegen sich auch unter dauerhafter Belastung nicht.

Druckgussmaterialien sind deutlich besser recycelbar als Spritzgussmaterialien. Metallteile bergen jedoch das höchste Oxidationsrisiko. Kunststoffe rosten nicht, und viele Harze sind beständig gegen Korrosion durch Chemikalien und Lösungsmittel.

Optionen zur Oberflächenveredelung

Wie bereits erwähnt, benötigen Spritzgussteile aufgrund der inhärenten Vorteile des Formverfahrens deutlich weniger Nachbearbeitungszeit . Wenn jedoch die Ästhetik entscheidend ist, erzielen Druckgussteile mit hochwertigen Beschichtungen hervorragende Ergebnisse.

Eingegossene vs. mechanische Oberflächen

Beim Spritzgießen ist es üblich, die Oberfläche direkt auf die Form aufzubringen, entweder durch Lasergravur oder chemisches Ätzen. Dadurch entfällt das Lackieren. Beim Druckguss hingegen haben die ausgeworfenen Teile ein industrielles Aussehen, das oft durch Kugelstrahlen geglättet werden muss.

Farbintegration

Durch das Spritzgießen können Ingenieure den Rohkunststoffen Farben hinzufügen. Dies gewährleistet, dass die Teile nach dem Auswerfen eine einheitliche Farbe aufweisen. Selbst bei Kratzern behalten die inneren Oberflächen ihre Farbe.

Entscheiden Sie sich für Druckguss, wenn Sie das natürliche Silber oder Grau des Metalls bevorzugen. Für alle anderen Farben benötigen Sie entweder eine Pulverbeschichtung oder eine Lackierung. Bei Kratzern scheint jedoch das rohe Silbermetall durch.

Dennoch können elektrochemische Beschichtungsverfahren wie Verchromen und Anodisieren sowohl die Kratzfestigkeit als auch die hochwertige Ästhetik von Metallteilen verbessern.

Anwendungsunterschiede zwischen Spritzgießen und Druckgießen

Druckguss ist vor allem bei Anwendungen mit hoher Beanspruchung verbreitet, wo die Dichte für Stabilität sorgt. Beispiele hierfür sind: 

• Kfz-Getriebegehäuse
• Motorkomponenten
• Strukturklammern
• Temperatur fällt
• Motorkomponenten
• Teile zur Abschirmung elektromagnetischer Störungen

Das Spritzgießen findet vor allem in der Gehäuseindustrie für Unterhaltungselektronik Anwendung, wo jedes eingesparte Gramm die Effizienz steigert. Beispiele hierfür sind:

• Griffe und Gehäuse für elektronische Geräte
• Kfz-Innenteile
• Lichtschalter
• Lebensmittelverpackung
• Spielzeug
• Medizinische Einwegprodukte, einschließlich Spritzen

Werkzeug- und Herstellungskosten

Bei Druckgussverfahren sind höhere Werkzeugkosten zu erwarten. Das Verfahren erfordert gehärtete Stahlformen, um das geschmolzene Metall zu halten und zu formen, was höhere Materialkosten bedeutet.

Die Anfangsinvestitionen für den Druckguss können zwischen 15,000 und 100,000 US-Dollar liegen. Der Vorteil ist, dass die robusten Stahlformen eine extrem lange Werkzeugstandzeit aufweisen.

Die Kosten für Spritzgusswerkzeuge sind äußerst überschaubar. Die Einstiegskosten liegen zwischen 3000 und 50,000 US-Dollar, wobei sich die Kosten zudem auf Tausende von Teilen verteilen lassen.

In beiden Fällen hängen die Werkzeugkosten von der Komplexität der benötigten Form ab. Die Anzahl der Kavitäten, seitliche Eingriffe und die Oberflächenbeschaffenheit können den Endbetrag beeinflussen.

Die Stückkosten beim Spritzgießen in großen Stückzahlen überschreiten in der Regel nie die 5-Dollar-Marke, da nur minimale Nachbearbeitungsschritte erforderlich sind.

Bei der Massenproduktion von Druckgussteilen können die Stückkosten typischerweise die 15-Dollar-Marke überschreiten, da das Schmelzen von Metall teuer ist und die fertigen Teile eine aufwendige Nachbearbeitung erfordern.

In beiden Fällen können die Stückkosten jedoch, wenn die wichtigsten Faktoren konstant gehalten werden, je nach Produktionsvolumen bis auf 0.02 US-Dollar sinken.

Ist Spritzgießen günstiger als Druckgießen?

Die Antwort lautet: Ja. Die Werkzeugkosten für das Spritzgießen sind niedriger, da weiches Aluminium anstelle von Stahl verwendet werden kann. Auch die Stückkosten sind bei sehr hohen Produktionsmengen geringer.

Der Grund, warum Druckguss teurer ist als Spritzguss, liegt darin, dass zum Schmelzen (und Abkühlen) des Metalls enorme Mengen an Energie und Zeit benötigt werden. Längere Zykluszeiten bedeuten höhere Fertigungskosten.

Davon abgesehen hängt der endgültige Rechnungsbetrag von der Komplexität Ihres Bauteils, den verwendeten Materialien und vor allem vom Produktionsvolumen ab.

Druckguss vs. Spritzguss: Vergleich ihrer Formen

Für Druckgussformen werden hochwertige Stähle wie H13 verwendet. Dieses Material hält den extrem hohen Temperaturen des geschmolzenen Metalls und der späteren Kaltschmierung während der Erstarrung stand.

Beim Spritzgießen werden P20- oder 718-Stahl verwendet, der keine (und auch keine) extreme Temperaturbeständigkeit aufweist. Manchmal kommt sogar Aluminium 7075 zum Einsatz, was als weiches Werkzeug bezeichnet wird.

Beim Spritzgießen sind die Formen mit vorinstallierten Kühlkanälen ausgestattet, die mit Wasser oder Öl betrieben werden. Beim Druckgießen erfolgt das Wärmemanagement durch Vorwärmen vor dem Einspritzen. Die Kühlung selbst wird über etwas komplexere Kühlkanäle, sogenannte Fontänen und Blasenbildner, durchgeführt, um Hotspots zu vermeiden.

Für Spritzgussformen werden leistungsstarke Auswerfer benötigt, da sich der Kunststoff von der Formoberfläche löst. Beim Druckguss sind schwerere Auswerfer erforderlich, die die Form mit enormer Kraft umschließen. Zusätzlich benötigt die Form Entlüftungsblöcke und Überläufe außerhalb des Formteilbereichs, um eingeschlossene Luft und abgekühltes Metall aufzufangen und abzuführen.

Das Anguss-System beim Spritzgießen ist klein, obwohl die Einspritzdrücke 50,000 PSI übersteigen können. Beim Druckgießen ist der Druck ähnlich hoch, jedoch ist die Einspritzgeschwindigkeit bewusst höher. Dies erfordert größere und stabilere Angüsse bei Druckgussformen.

Druckguss vs. Spritzguss: Welches Verfahren ist das Beste für Sie?

Die Antwort ist der Prozess, der sich für Ihr Projekt unter Berücksichtigung der spezifischen Nutzungsbedingungen, Ziele und Fehlermöglichkeiten als optimal erweist.

Druckguss ist die beste Lösung für Sie in Situationen und Anwendungen, in denen Sie mehr benötigen:

• Strukturelle Integrität
• Die wärme~~POS=TRUNC
• Mechanische Haltbarkeit
• EMI

Spritzguss ist die beste Wahl in Anwendungen und Situationen, in denen Folgendes erforderlich ist:

• Mehr Kosteneinsparungen und ein hoher ROI bei Werkzeugen und Produktion
• Ästhetik direkt aus der Form ohne Nachbearbeitung
• Teile mit komplexen inneren Strukturen
• Leichtbau bei Verpackungsprodukten für die Automobil-, Maschinenbau- oder Konsumgüterindustrie

Häufig gestellte Fragen zum Kunststoffspritzguss vs. Druckguss

Fazit

Bei der Wahl zwischen Druckguss und Spritzguss sollten Sie Materialauswahl, Materialeigenschaften, Werkzeugkosten und Lebensdauer berücksichtigen. Druckguss ist wahrscheinlich die beste Wahl für die Herstellung von Metallteilen, wenn extreme Festigkeit, Formstabilität und Wärmebeständigkeit erforderlich sind. Spritzguss hingegen ist ideal für Kunststoffteile, die sich durch geringes Gewicht, Kosteneinsparungen und hohe Fertigungsgeschwindigkeit auszeichnen. Wie auch immer Sie sich entscheiden, Ezra Made unterstützt Sie dabei, Ihr Projekt zum vollen Erfolg zu führen. Fordern Sie jetzt ein unverbindliches Angebot an.