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Wie kannst du die Kosten für ein Spritzgusswerkzeug reduzieren?
Für „geometrisch einfache“ Teile bieten wir mit dem 2D-Spritzguss ein Verfahren an, bei dem die Werkzeugkosten deutlich niedriger sind als beim konventionellem Werkzeugbau. Hierfür nutzen wir das 2D-Kassettensystem. Es wird kein vollständiges Werkzeug gebaut, sondern nur die konturgebenden Formplatten werden artikelspezifisch angefertigt.
Wir haben uns auf diese Art von Kunststoffteilen fokussiert und haben sowohl Prozesse als auch Leistungen standardisiert (z.B. 8 Standard-Kunststoffe, Standard-Toleranzen, Standard-Dokumentation). Dadurch reduzierst du nicht nur deine Kosten für die Herstellung eines Spritzgusswerkzeuges, sondern erhältst zudem hochwertige Bauteile in Original-Spritzguss-Qualität.
Tipps & Tricks zum Reduzieren der Spritzgusskosten
Du möchtest in Spritzguss investieren, aber nicht gleich Unsummen für die Herstellung einer Spritzgussform investieren? Du musst Kosten reduzieren, da die angebotenen Spritzgussformen zu teuer sind und gleichzeitig das wirtschaftliche Aus für dein geplantes Projekt bedeuten?
Die Werkzeugkosten sind stark von der Teilegeometrie und der geplanten Serienstückzahl abhängig. Formen aus Stahl sind teurer als aus Aluminium. Werkzeuge für die Serienfertigung sind teurer als Musterwerkzeuge. Die unterschiedlichen Lieferanten und Werkzeughersteller haben sich auf unterschiedliche Bereiche wie z.B. Bauteilgrößen, Branchen oder unterschiedliche Kunststofftypen spezialisiert. Das kann die Wahl des richtigen Partners für dein geplantes Projekt zusätzlich erschweren.
Wenn das Verhältnis von Investitionskosten für die Spritzgussform und dem Bedarf an Serienteilen ungünstig ist, gibt es nur eine Lösung: Du musst dein Budget effizienter nutzen, indem du die Werkzeugkosten reduzierst. Um die Kosten für das Spritzgusswerkzeug so gering wie möglich zu halten, sprechen wir von 2D-Spritzguss gerne von „geometrisch einfachen“ Spritzgussteilen. Mit unseren Tipps kannst du die Kosten für Spritzgusswerkzeuge erheblich reduzieren und dein Projekt auch bei niedrigen Stückzahlen realisieren.
Die Artikelkonstruktion bestimmt die Kosten für ein Spritzgusswerkzeug
Der Entwickler hat es nicht leicht: er hat die Aufgabe, das Kunststoffteil so zu konstruieren, dass es seine Funktion erfüllt – Punkt! Dazu gehört die Geometrie des Teils, die Festlegung der Toleranzen, die Definition der Oberfläche und die Auswahl des Werkstoffs. Mit all diesen Komponenten bestimmt der Entwickler aber auch die Kosten, nicht nur für das Bauteil sondern auch die Kosten für das erforderliche Werkzeug. Eine gute Konstruktion stellt für Werkzeugbaubetriebe eine wichtige Voraussetzung für die eigene Wettbewerbsfähigkeit dar und ist zudem eine der großen Herausforderungen des Werkzeugbaus.
Welche Elemente der Artikelkonstruktion beeinflussen die Kosten?
Hinterschneidungen
Jeder Bereich am Artikel, der nicht in Entformungsrichtung liegt, verursacht eine zusätzliche Bewegungsrichtung im Werkzeug. Meist wird ein Schieber benötigt, der mechanisch oder hydraulisch betätigt werden muss. Für Gewinde wird eine Entspindelung erforderlich. Manche dieser Hinterschneidungen lassen sich durch konstruktive „Tricks“ vermeiden. Hinterschneidungen verursachen Aufwand beim Werkzeug.
Radien
Außen-Radien sind im allgemeinen günstiger für den Werkzeugbau, weil die Kontur gefräst werden kann. Scharfkantige Außen-Geometrien müssen meist erodiert werden, dies erhöht den Aufwand. Innen-Radien am Fuß von Rippen und Wänden verringern den Verzug beim Spritzgießen. In der Trennebene sind scharfe Kanten günstiger.
Faustformel: Nicht immer, aber meistens sind Radien kostengünstiger herzustellen. Außerdem sind sie günstig für die Maßhaltigkeit des Bauteils.
Trennebene
Am einfachsten ist eine gerade Trennung der Formhälften. Die Fläche zwischen Auswerferseite und Düsenseite ist dann eine Ebene. Das lässt sich leicht herstellen und dichtet sauber ab. Trennebenen können aber auch Sprünge enthalten oder kurvenförmig sein. Dann kann das abdichten des Werkzeugs aufwändiger werden. Und der Aufwand und die Kosten steigen.
Toleranzen
Dies ist ein kritisches Thema bei der Abstimmung zwischen Entwickler und Werkzeugbauer/Spritzgiesser. Der Entwickler setzt die Toleranzen „vorsichtshalber“ etwas enger. Für den Werkzeugbauer/Spritzgiesser erhöht das den Aufwand, weil er mit mehr Korrekturschleifen bzw. mit mehr Ausschuss rechnen muss. Dadurch steigen die Kosten.
Faustformel: Toleranzen sollten nur so eng wie nötig, aber so großzügig wie möglich festgesetzt werden. Toleranzen sind die heimlichen Kostentreiber.
Zusatztipp: Wenn ein oder zwei (Funktions-)Maße eng toleriert werden müssen, dann wird man im Werkzeug zunächst das Maß vorhalten und im zweiten Schritt das Werkzeug korrigieren (Stahl abtragen) und das Maß anpassen.
Entformungsschräge
Der Entwickler sollte die Entformungsschräge (1° bis 5° je nach Höhe und Struktur der Wand) im Artikel einkonstruieren. Wenn der Werkzeugkonstrukteur die Entformungsschräge einbringen soll, dann ergibt das oft einen beachtlichen Kommunikationsaufwand und es erhöht das Fehlerrisiko.
Oberfläche
Beim Spritzgiessen sind verschiedene Oberflächen am Bauteil realisierbar: Strichpolitur, Sand- bzw. Glaskugelgestrahlt, Erodierstruktur, Hochglanzpolitur. In dieser Reihenfolge steigen die Kosten beim Werkzeugmacher. Die Hochglanzpolitur erfordert zusätzlich eine aufwändigere Handhabung in der Serienfertigung.
Wandstärke
Die Wandstärke bei Spritzgussteilen sollte nicht zu dick sein, sonst entsteht Verzug bzw. Einfallstellen. Sie sollte auch nicht zu dünn sein, sonst ist sie im Werkzeugbau schwierig herzustellen und beim Spritzgiessen schwierig zu füllen.
Faustformel: Wandstärken zwischen 1,5mm und 3,0mm sind bei den meisten Werkstoffen gut zu realisieren. Je nach Werkstoff sind auch dünnere und dickere Wände herstellbar, aber mit erhöhtem Aufwand.
Verzug
Kunststoff-Spritzgussteile schwinden beim Abkühlen und neigen dabei zum Verzug. Je nach Werkstoff kann dies eine beachtliche Verformung verursachen und dadurch sowohl die Funktion als auch die optische Erscheinung des Bauteils beeinträchtigen. Wenn eine präzise Maßhaltigkeit erforderlich ist oder hohe optische Anforderungen an das Bauteil bestehen, dann sollte der Artikelkonstrukteur über entsprechende Erfahrung verfügen oder einen erfahrenen Spritzgussfachmann hinzuziehen.
Zusammenarbeit mit dem Werkzeugmacher: Wie macht man dem Werkzeugmacher die Arbeit leicht (und reduziert sich selbst dadurch die Kosten)?
• …indem man ein fehlerfreies CAD-Modell liefert
• …indem man die Entformungsschrägen in das Modell einkonstruiert
• …indem man die Anforderungen an das Bauteil klar kommuniziert
• …indem man die oben beschriebenen Elemente berücksichtigt
Werkzeugbau: Welche Möglichkeiten zur Kostenreduktion gibt es im Formenbau?
Meistens wird der Werkzeugmacher Rückfragen zur Artikelkonstruktion haben. Manchmal macht er auch Vorschläge, wie der Aufwand und die Kosten für das Werkzeug reduziert werden kann. Oft geht es dabei um Radien und Entformungsschräge oder um Wandstärke. Manchmal hat er Vorschläge zur Vereinfachung von Hinterschneidungen.
Der Werkzeugmacher wird versuchen, die Kontur soweit es geht zu fräsen. Bestimmte Geometrien lassen sich aber nur durch Erodieren herstellen: Scharfe Kanten, filigrane Konturen, eckige Löcher lassen sich nicht bohren 
. Erodieren ist aufwändiger, weil zunächst eine Elektrode (Kupfer oder Graphit) gefräst werden muss und anschließend die Kontur langsam in das Werkzeug erodiert werden muss.
Wenn der Spritzgiesser/Werkzeugmacher über ein flexibles Stammformsystem verfügt, dann kann er bei einfacher Artikelgeometrie darauf zurückgreifen und muss nur die Formplatten mit der Bauteilkontur herstellen. Das erspart einen erheblichen Teil der Kosten im Werkzeugbau.
Werkzeuge werden im Allgemeinen aus Stahl gefertigt. Wenn nur eine geringe Ausbringungsmenge gefordert ist (z.B. < 10.000 Stück), dann kann das Werkzeug aus Aluminium oder sogar mit 3D-gedruckten Formeinsätzen hergestellt werden.
Beim sogenannten Direct Tooling muss nicht immer ein komplettes Werkzeug hergestellt werden. Oftmals werden hier vor allem Werkzeugeinsätze (Kavitäten) oder Schieberelemente erzeugt. Das gesamte Werkzeug entsteht im Anschluss daran, durch den Zusammenbau der Einsätze und Standardkomponenten. Die Herstellung von Werkzeug-Prototypen wird auch als Prototype Tooling oder Rapid Prototyping bezeichnet. Rapid Prototyping ist ein additives Fertigungsverfahren, welches zur schnellen Herstellung von Musterbauteilen und Prototypenwerkzeugen eingesetzt wird.
Werkzeug-Einkauf in Fernost
Das Reduzieren von Investitionskosten ist ein ewig aktuelles Thema. Spritzgusswerkzeuge sind aufwändig zu bauen und sind daher teuer. Viele Einkäufer gehen deshalb den Weg ins Ausland und kaufen Spritzgusswerkzeuge in den LowCost-Countrys zu. Insbesondere China ist heute der größte Lieferant von Spritzgusswerkzeugen für die ganze Welt. Der Vorteil beim Bezug der Spritzgusswerkzeuge aus Fernost ist der deutlich günstigere Preis. Weiterhin sind die Lieferzeiten meist kürzer als beim Einkauf in Deutschland bzw. Europa. Allerdings muss der Transport der Werkzeuge nach Deutschland eingeplant werden, entweder per Luftfracht (teuer) oder per Seefracht (ca. 6 Wochen).
Damit so ein Projekt gelingt, müssen die Lieferanten in Fernost „straff geführt“ und überwacht werden, sonst kann das Projekt auch schief gehen. Als Kunde sollte man ein Grundwissen über den Werkzeugbau besitzen, um kompetent mit dem Lieferanten kommunizieren zu können. Nur wer eigene Erfahrung im Werkzeugbau hat, kann beurteilen, ob der Lieferant in Fernost für das eigene Projekt geeignet ist.
Beim direkten Einkauf von Spritzgusswerkzeugen in Lowcost-Countrys, speziell in Fernost kann man je nach Werkzeuggröße und -komplexität Kosten einsparen. Oft kann man auch Zeit einsparen. Voraussetzung dafür ist, dass man als Kunde selbst etwas vom Werkzeugbau versteht. Die Lieferanten arbeiten am liebsten mit Kunden, die regelmäßig Aufträge bei ihnen platzieren. Wenn man also regelmäßigen Bedarf an Spritzgusswerkzeugen hat, wird man als A-Kunde behandelt. Wenn nicht, rutscht man schnell auf den Status des C-Kunden ab.
Unser Fazit zum Thema: Kostenreduktion beim Spritzgussverfahren
Schon vor der eigentlichen Konstruktion bzw. Fertigung solltest du die Anforderungen an dein Spritzguss-Projekt genau definieren. Der Kunststoffspritzguss ist nämlich sehr viel flexibler, als du vielleicht vermutest und viele Elemente können mit etwas Überlegung bereits vor der Produktentwicklung geklärt werden. Bevor du daher mit der eigentlichen Produktion startest und die Kosten für ein Spritzgusswerkzeug final kalkulierst, kannst du dir diese Überlegungen zum Vorteil machen, damit du dein Fertigungsbudget noch effizienter nutzen kannst.
Die Kosteneinsparung bei der Herstellung von Spritzguss-Werkzeugen kann mit Hilfe unserer Tipps bereits im Vorhinein reduziert werden. Hierfür ist es es erforderlich, dass du deine Anforderungen an das Werkzeug und die damit hergestellten Teile bereits im Vorfeld klar definierst. Die Fertigung von Prototypen und Kleinserien zieht oftmals höhere Investments mit sich. Daher solltest du frühzeitig einen geeigneten Produktionspartner einbinden, der die mit dem nötigen Know-How und der langjährigen Erfahrung zur Seite steht. Dadurch kannst du die Kosten für Spritzgusswerkzeuge erheblich reduzieren und dein Projekt kostengünstig und schnell realisieren.
Die Idee von 2D-Spritzguss ist es, die Werkzeugkosten für „geometrisch einfache“ Kunststoffteile zu reduzieren und mit Hilfe unseres 2D-Spritzguss-Systems kostengünstig und schnell zu fertigen. Wir müssen also kein vollständiges Werkzeug konstruieren, sondern können stattdessen die erforderlichen Formplatten für die Spritzteile anfertigen. Dadurch reduzieren sich die Kosten und die Herstellungszeit.