Der 3D-Druck hat die Fertigungswelt im Sturm erobert und wird oft als revolutionäre Technologie dargestellt, die in der Lage ist, auf Knopfdruck alles von Prototypen bis zu Endprodukten herzustellen. Diesem Bild einer flexiblen Allzwecklösung steht der Spritzguss gegenüber – ein bewährtes, hochpräzises Verfahren, das seit Jahrzehnten das Rückgrat der Kunststoff-Serienproduktion bildet, aber derzeit oft als weniger innovativ wahrgenommen wird.
Doch die Frage, ob der 3D-Druck den Spritzguss ersetzen wird, ist irreführend. Die Wahrheit ist weitaus komplexer und offenbart eher ein Nebeneinander statt einer Rivalität. In der Praxis, besonders in regulierten Branchen wie der Medizintechnik, ist die Trennung so klar, dass ein Spritzgussteil nicht ohne eine umfassende, vorherige Validierung durch ein 3D-Druck-Teil ersetzt werden darf. Anstatt eines Wettbewerbs sehen wir bei RKT vielmehr eine strategische Partnerschaft, bei der jede Technologie ihre einzigartigen Stärken ausspielt.
Die dahinterstehenden Fertigungsprinzipien
Das Spritzgussverfahren ist ein hochpräziser Fertigungsprozess, bei dem thermoplastische Kunststoffe in Granulatform unter Wärmeeinwirkung aufgeschmolzen werden. Diese geschmolzene Masse wird anschließend unter hohem Druck in eine speziell gefertigte Form (Spritzgusswerkzeug), die sogenannte Kavität, eingespritzt. Die Kavität definiert die exakte Geometrie des gewünschten Endprodukts.
In der Kavität kühlt der Kunststoff ab und verfestigt sich, wodurch er die Form der Kavität annimmt. Nach dem Abkühlen öffnet sich die Form, und das fertige Bauteil wird entnommen.
Dieses Verfahren ermöglicht die Serienproduktion von komplexen Kunststoffteilen mit hoher Wiederholgenauigkeit und Effizienz.
Am Rande: Ein Werkzeug bei RKT hat i. d. R. mehrere Kavitäten, häufig sind es hochkavitätige Werkzeuge mit bis zu 128 Kavitäten, die wir herstellen und betreiben.
Im 3D-Druck, der oft auch als ‚additives Fertigungsverfahren‘ bezeichnet wird, werden Werkstücke schichtweise aufgebaut. Je nach Verfahren (z.B. SLS, SLA, FFF, …) werden pulverige, flüssige oder strangartige Materialien verarbeitet. Einige 3D-Drucker sind so konzipiert, dass sie thermoplastische Kunststoffe verarbeiten können, wie sie auch im Spritzguss verarbeitet werden.
Partner statt Rivalen
Statt als Alternative sollte der 3D-Druck als eine Ergänzung zum Spritzguss betrachtet werden. Die jeweiligen Stärken machen deutlich, warum dies so ist:
- Das Spritzgussverfahren ist für die Massenfertigung optimiert. Es zeichnet sich durch eine extrem hohe Wiederholgenauigkeit aus und ermöglicht die effiziente Produktion Tausender identischer Teile mit konstant hoher Qualität und minimalen Stückkosten.
- 3D-Druck: Hier liegt der Fokus auf Individualität und Geschwindigkeit in der Entwicklung. Die Technologie glänzt bei der Fertigung von Teilen mit komplexen Geometrien, Hinterschnitten und inneren Hohlräumen, die im Spritzguss nur schwer oder überhaupt nicht entformbar sind.
Ein perfektes Beispiel für diese Synergie ist der Entwicklungsprozess: Mit dem 3D-Druck können schnell und kostengünstig Muster von Teilen hergestellt werden, die später in großen Mengen im Spritzguss gefertigt werden sollen. Dies beschleunigt die Iterationszyklen und reduziert das Risiko teurer Werkzeugänderungen.
Gleiches Material, andere Eigenschaften
Ein Bauteil aus demselben Kunststoff kann je nach Herstellungsverfahren völlig unterschiedliche mechanische Eigenschaften aufweisen. Der Grund liegt im Unterschied des Fertigungsprinzips. Im Spritzguss entsteht das zu fertigende Teil aus einer einzigen, homogenen Schmelze, die in eine Form gespritzt wird. Dies führt zu einem soliden Körper mit sehr hoher innerer Festigkeit. Im Vergleich dazu ist die Haftung der im 3D-Druck aufeinander aufgebrachten Schichten in der Regel und abhängig vom 3D-Druckverfahren schwächer als die Festigkeit eines komplett aus einer Schmelze erzeugten Teils, weil die aufeinanderfolgenden gedruckten Schichten gewissermaßen nur „anhaften“.
Diese Unterschiede werden bei faserverstärkten Kunststoffen noch deutlicher, wo die Orientierung der Fasern die Festigkeit des Bauteils massiv beeinflusst.
Die versteckten Kosten der geometrischen Freiheit
Einer der größten Vorteile des 3D-Drucks ist seine scheinbar unbegrenzte geometrische Freiheit. Doch diese Freiheit kann einen oft übersehenen Preis haben: die Notwendigkeit von Stützstrukturen.
Viele komplexe Geometrien, insbesondere solche mit Überhängen, benötigen temporäre Stützgerüste, die während des Drucks mit aufgebaut werden. Nach Abschluss des Drucks müssen diese Strukturen entfernt werden. Dieser Prozess erfordert eine mehr oder weniger, meist händische, aufwendige Nacharbeit. Dieser manuelle Schritt widerlegt die einfache Vorstellung eines „Drucken-und-fertig“-Prozesses und fügt versteckte Kosten hinzu, die in der Wirtschaftlichkeitsrechnung berücksichtigt werden müssen.
Qualitätscheck
In der industriellen Fertigung, vor allem bei von Medizin, Diagnostik und Life Science Produkten sind eine gleichbleibende Qualität und deren Nachweis entscheidend. Hier zeigen sich deutliche Unterschiede in der Prozesskontrolle. Spritzguss ist ein hoch überwachter Prozess. Methoden wie die statistische Versuchsplanung (DOE) werden eingesetzt, um die Bandbreite der für die Produktion zulässigen Spritzparameter im Hinblick auf die Qualitätsanforderungen zu definieren. Dieses stabile Prozessfenster garantiert, dass alle Teile einer Serie identische mechanisch-physikalische Eigenschaften und eine sehr geringe Maßschwankung aufweisen.
Beim 3D-Druck ist es hingegen schwierig, Fertigungsparameter und Einzelheiten der Teilequalität zu überprüfen und nachzuweisen. Oft müssen Teile mit Röntgenstrahlen auf Fehlstellen geprüft werden, was dennoch teilweise nur begrenzte Rückschlüsse auf die tatsächliche Belastbarkeit zulässt. Auch die Oberflächenqualität unterscheidet sich: Während Spritzgussteile durch den Guss aus einer Schmelze eine glatte Oberfläche aufweisen, ist die Oberfläche von 3D-Druck-Teilen durch den schichtweisen Aufbau naturgemäß jedoch auch abhängig vom 3D-Druckverahren häufig rauer.
Technologie plus Wirtschaftlichkeit
Am Ende zeigt sich, dass der Vergleich zwischen Spritzguss und 3D-Druck keine Frage von „besser“ oder „schlechter“ ist. Es geht darum, das richtige Werkzeug für die jeweilige Aufgabe auszuwählen. Die Entscheidung hängt von den spezifischen Anforderungen ab: Geht es um validierte Massenproduktion mit höchster Wiederholgenauigkeit, ist der Spritzguss die erste Wahl. Geht es um schnelle Prototypen, individuelle Einzelstücke oder geometrisch hochkomplexe Teile, spielt der 3D-Druck seine Stärken aus.
RKT nutzt den 3D-Druck heute für interne Aufgaben wie die Herstellung von Betriebsmitteln sowie für Entwicklungsprojekte indem Prototypenteile für Kunden hergestellt werden.
Das Titelbild zeigt einen Roboter- Greifer in Eigenkonstruktion für die Entnahme von Spritzgussteilen aus der Maschine. Die Vakuum-Luftkanäle wurden per 3D-Druck integriert. Dieser Greifer ist eines von vielen Beispielen für Betriebsmittel, für deren Herstellung wir bei RKT auf den hauseigenen 3D-Druck zurückgreifen.
