Guss und Spritzguss sind zwei gängige Herstellungsverfahren, die dazu verwendet werden, viele der Produkte herzustellen, die uns im täglichen Leben begegnen. Polyurethan, ein thermoplastisches Material, wird häufig dazu verwendet, um Teile wie Dichtungen in Kraftfahrzeugen, Räder und Rollen für Wagen im Gesundheitswesen und die unterschiedlichste Ausstattung wie Riemenscheiben, Lagerbuchsen, Stoßdämpfer oder Schaberklingen herzustellen.

Um festzulegen, ob nun der Vakuumguss oder der Spritzguss besser für ihr eigenes Anwendungsgebiet besser geeignet ist, sollten Sie erwägen, ob das Teil als Prototyp oder für die Serienfertigung gedacht ist, und festlegen, wie viele Teile sie aktuell brauchen.

Was ist Vakuumguss?

Vakuumguss ist ein Verfahren, bei dem flüssiger Kunststoff unter Unterdruck in eine Form gegossen (bzw. gesaugt) wird. Diese Form besteht normalerweise aus einem weichen Material wie Silikon. Die mit flüssigem Kunststoff gefüllten Formen werden dann zum Aushärten in einen Ofen geschoben. Es müssen jedoch nicht alle Kunststoffe durch Hitze ausgehärtet werden. Manche können auch, über längere Zeit, bei Raumtemperatur aushärten. Sobald der Kunststoff ausgehärtet ist, wird die Form geöffnet, und das ausgehärtete Teil entnommen.

Das Vakuumgussverfahren wird häufig dazu verwendet, fertige Kunststoffteile für Kleinserien oder das sogenannte Rapid Prototyping eines Produkt zu erzeugen, dessen Serienfertigung im Spritzguss erfolgen soll. 

Die weichen Gussformen für den Vakuumguss werden aus einem “Mastermuster“ erstellt.” Bei diesem Muster handelt es sich um eine 3D-gedruckte oder CNC-bearbeitete Replik des gewünschten Teils. Das Muster wird dann in flüssiges Silikon getaucht, das daraufhin aushärtet. Nach dem Aushärten wird das Muster in zwei Teile geteilt, und die 3D-gedruckten bzw. CNC-bearbeiteten Stücke entfernt. Dieser Prozess hinterlässt zwei Hälften einer Gussform, deren innerer Hohlraum, wenn er wieder zusammengefügt wird, genau dem zu gießenden Teil entspricht.

Wie lang ist die Vorlaufzeit des Vakuumgusses?

Die Vorlaufzeiten für Vakuumguss auf der Produktionsebene liegen bei 1 bis 2 Wochen. Während das (Master-) Muster und die darauf basierenden Formen für den Vakuumguss in drei bis sieben Tagen fertig sein können, dauert die Bereitstellung des gewünschten Produktionsvolumens länger. Dies liegt daran, dass der Kunststoff aushärten muss, bevor er aus der Form entfernt werden kann, und daran, dass dieses Aushärten nicht beschleunigt werden kann. 

Die Produktionsleistung pro Vakuumgussform beträgt im Normalfall zwischen 1 und 10 Teile pro Tag. Diese Leistung hängt hauptsächlich von Faktoren wie der Art des Kunststoffes und der Geometrie des gegossenen Teiles ab.

Wie sie das Produktionsvolumen im Vakuumguss aus?

Das Produktionsvolumen beim Vakuumguss ist im Vergleich zu anderen Herstellungsverfahren eher gering. Dies liegt hauptsächlich daran, dass der Vakuumguss ein arbeitsintensives händisches Verfahren ist. Es steht im starken Gegensatz zum Spritzguss oder CNC-Bearbeitungsverfahren, die stark automatisiert sind und somit nur wenige manuelle Eingriffe erfordern. Das Gießen von Kunststoffen muss ordnungsgemäß vorbereitet werden. Manche Kunststoffe werden bereits flüssig eingekauft. Andere Kunststoffe werden fest eingekauft und müssen in einem Ofen geschmolzen werden. 

Sind sie dann einmal verflüssigt, müssen sie noch in einem passenden Verhältnis mit verschiedenen Chemikalien gemischt werden, um das Aushärten mit den gewünschten Materialeigenschaften und natürlich in der richtigen Farbe zu ermöglichen. Darüber hinaus können diese Mengenverhältnisse angepasst werden, um bestimmte Eigenschaften, wie z. B. Abriebfestigkeit oder eine erhöhte Druckfestigkeit zu erreichen. 

Während manche schnell abbindenden Kunststoffgemische innerhalb von 30 Minuten aushärten können, können andere mehrere Stunden zum Aushärten benötigen. All diese Aspekte sorgen dafür, dass das Verfahren eher für den Prototypenbau und Kleinserien geeignet ist, aber nicht für die Produktion im großen Umfang.

Wie hoch sind die Kosten für Werkzeuge und die Teile im Vakuumguss?

Die für den Vakuumguss erforderlichen Werkzeuge und Teile sind deutlich günstiger als in entsprechenden anderen Herstellungsverfahren. Das Silikon für die Gussformen ist billig und es ist gleichzeitig deutlich einfacher, die flexiblen Gussformen herzustellen, als es bei Matrizen für den Spritzguss der Fall ist. 

Darüber hinaus sind auch die Kunststoffharze und Härter erschwinglich. Das größte Hindernis ist meist das Mastermuster, da SLA-Drucker oder CNC-Maschinen teuer sind. Deshalb lagern viele Hersteller die Produktion der Mastermuster an Dritte aus. Dies ist dann immer noch günstiger als andere Verfahren, wie zum Beispiel den Spritzguss zu nutzen.

Wo liegen die Toleranzen beim Vakuumguss?

Die Toleranzen im Vakuumguss liegen in der Regel bei 0,3%, hängen aber von mehreren Faktoren ab. Die Art des Kunststoffs, die Größe des Teils und seine Komplexität können die Toleranzen im Vakuumguss beeinflussen. Die Toleranzen können sich von Fall zu Fall unterscheiden.

Ist der Vakuumguss teuer?

Nein, der Vakuumguss ist nicht teuer. Abhängig vom gewünschten Produktionsvolumen ist er sowohl für den Prototypenbau als auch für die Fertigung kostengünstig.

Was ist Spritzguss?

Der Spritzguss ist ein Verfahren, bei dem hochpräzise Produkte geformt werden, indem sie unter hohem Druck in den Hohlraum einer Spritzgussform eingepresst werden. Dies steht im Gegensatz zum normalen Gussverfahren, bei dem die Schwerkraft dafür sorgt, dass das Kunststoffharz den Hohlraum der Form ausfüllt. Im Spritzguss sorgt das Einspritzen in den Hohlraum, sowie das schnelle Abkühlen des Kunststoffteils für einen signifikant schneller ablaufenden und somit schneller wiederholbaren Prozess im Vergleich zum normalen Gussverfahren. Als solches ist es ein ideales Verfahren für den Einsatz bei Fertigungsvorgängen mit großen Stückzahlen.

Die Formen für den Spritzguss werden in Verfahren wie der CNC-Bearbeitung oder der Funkenerosion (EDM) hergestellt. Diese zwei Verfahren erlauben es, Hohlräume mit engen Toleranzen von durchschnittlich ±0,1 mm zu erzeugen, und in manchen Fällen (je nach Anwendungsgebiet) bis zu ±0,025 mm zu erreichen. 

Aufgrund der eingesetzten hohen Drücke und Temperaturen müssen die Gussformen aus gehärtetem Stahl oder aus Aluminium hergestellt werden.

Wie sind die Vorlaufzeiten für die Produktion im Spritzguss?

Die Vorlaufzeiten für die eigentlichen Spritzgusswerkzeuge sind lang. Die Präzision der Metallformen muss perfekt sein. Sobald die Gussformen jedoch erst einmal fertig sind, benötigt der Spritzguss jedoch eine noch geringere Vorlaufzeit als das Gießen. Und auch große Mengen von Kunststoffteilen können in einem viel größeren Tempo produziert werden.

Der hohe Druck und das schnelle Abkühlen sorgen für eine viel schnellere Zykluszeit. Während manche Matrizensätze für den Spritzguss nur einen oder zwei Hohlräume haben, können andere mehr als 100 beinhalten. Das bedeutet, dass der Spritzguss hunderte, wenn nicht gar tausende von Teilen pro Tag erzeugen kann, um den Produktionsauftrag zu erfüllen.

Wie ist das Produktionsvolumen im Spritzguss?

Das mögliche Produktionsvolumen im Spritzguss ist deutlich höher als im Gussverfahren. Spritzgussformen können mehrere Hohlräume für identische Kunststoffkomponenten aufweisen, während die Zykluszeiten grundsätzlich kürzer sind.

Wie hoch sind die Werkzeug- und Teilekosten für den Spritzguss?

Die erforderlichen Werkzeuge und Teile für den Spritzguss sind deutlich teurer als zum Beispiel jene für den Vakuumguss. Die Matrizensätze für den Spritzguss werden normalerweise mit sehr engen Toleranzen aus Materialien wie gehärtetem Stahl oder Aluminium hergestellt. Verschiedene maschinelle Bearbeitungsschritte und Nachbearbeitungsschritte sind nötig, um eine geeignete Form für den Spritzguss zu erstellen. 

Die Matrizensätze bestehen außerdem im Normalfall aus vielen verschiedenen Teilen, wie Auswurfstiften, Federn und Endschaltern. Die Kosten der Herstellung und der Montage von Werkzeugsätzen für den Spritzguss liegt schnell im Bereich von tausenden, und in manchen Fällen, hunderttausenden Euros.

Wo liegen die Toleranzen beim Spritzguss?

Die richtigen Abmessungen und enge Toleranzen im Spritzguss sind von entscheidender Bedeutung im Hinblick auf Konstruktion und Herstellung. Deshalb empfehlen wir die Industrienorm DIN 16742:2013 mit Angaben zu allgemeinen Toleranzen und verschiedenen linearen Abmessungsbereichen.

So wählen Sie das passende Herstellungsverfahren

Bei der Entscheidung zwischen Spritz- und Vakuumguss sollten Sie die unten genannten Punkte in der Liste beachten:

1. Produktionsvolumen: Der Vakuumguss eignet sich besser für den Prototypenbau und Kleinserien, während der Spritzguss besser mittelgroße bis große Serien geeignet ist. Der Vakuumguss kann 1 bis 10 Teile pro Tag produzieren, während, je nach Anzahl der Hohlräume im Werkzeug, hunderte oder gar tausende Teile pro Tag und Werkzeug produziert werden können.
2. Werkzeugkosten: Die Werkzeuge für den Vakuumguss sind deutlich günstiger als die für den Spritzguss. Kunststoffharze, Härter und sogar die Silikonformen sind bei weitem billiger als der gehärtete Stahl oder das Aluminium, aus dem die Werkzeugsätze für den Spritzguss aufwändig gefertigt werden müssen.
3. Teilkosten: Teile aus dem Vakuumguss sind teurer als die Teile aus dem Spritzguss, da beim Vakuumguss sowohl deutlich mehr händische Arbeit als auch geringe Stückzahlen den Preis pro Teil nach oben treiben.
4. Material: Der Umfang der aushärtbaren Kunststoffe, die im Vakuumguss eingesetzt werden können, ist begrenzt, während es eine umfangreiche Auswahl an Thermoplasten und Duroplasten für den Einsatz im Spritzguss gibt.
5. Lebensdauer: Die Silikongussformen für den Vakuumguss sind nicht so haltbar wie die aus gehärtetem Stahl oder Aluminium gefertigten Formen für den Spritzguss, die durchaus mehrere Jahrzehnte durchhalten können. Überleben Sie deshalb, wie lange Sie die spezifische Form benötigen werden.

Wo liegen die Unterschiede zwischen Vakuumguss und Spritzguss?

Die folgende Tabelle zeigt die Unterschiede, Vorteile und Nachteile sowohl beim Spritzguss als auch beim Druckguss:

Zusammenfassung

In diesem Artikel wurden der Spritzguss und der Vakuumguss vorgestellt, erläutert und es wurde besprochen, wann man welches Verfahren am besten einsetzt.Xometry bietet Ihnen ein breites Spektrum an Herstellungskapazitäten an, darunter Vakuumguss , Spritzguss, Druckguss, Formpressen und andere wertschöpfende Dienste für all Ihre Bedürfnisse im Prototypenbau und der Serienfertigung.

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