Wie können Kosten bei der Spritzgussfertigung reduziert werden, ohne die Qualität zu beeinträchtigen?

Bauteildesign für eine kosteneffiziente Kunststoffspritzgussfertigung optimieren

Vereinfachen Sie die Geometrie und standardisieren Sie die Wanddicke, um die Formkomplexität und Verzug zu minimieren

Wenn Teile einfachere Formen haben, bedeutet dies in der Regel geringere Werkzeugkosten und weniger Probleme während der Herstellung. Wenn die Wandstärken weitgehend gleich bleiben, normalerweise zwischen 1 und 4 Millimetern, fließt das Material gleichmäßiger in die Formen und kühlt richtig ab. Dadurch werden störende Senkungen, Hohlräume im Inneren der Bauteile und Verzug nach dem Abkühlen vermieden. Die Zahlen lügen jedenfalls nicht. Gibt es an einer Stelle mehr als 25 % Unterschied in der Wandstärke, steigen die Verzugprobleme um das Dreifache und die Zykluszeiten verlängern sich um etwa 18 %. Das geschieht, weil sich die Wärme nicht gleichmäßig im Bauteil verteilt. Intelligente Kernausformungen können den Materialverbrauch pro Bauteil reduzieren. Gezielte Versteifungsrippen sorgen für ausreichende Festigkeit, ohne die Teile unnötig schwer zu machen. Unternehmen, die gemeinsame Merkmale über ihre verschiedenen Produkte hinweg standardisieren, sparen Kosten für die Anpassung von Formen und vermeiden Verschwendung von Rohmaterial. Dieser Ansatz ist sowohl bei der Entwicklung neuer Produkte als auch beim effizienten Betrieb von Produktionslinien sinnvoll.

Untercuts vermeiden und Kerne oder Schieber vereinfachen, um die Zykluszeit zu verkürzen und die Lebensdauer der Form zu verlängern

Jene kleinen versenkten Bereiche, sogenannte Hinterschneidungen, die verhindern, dass Bauteile gerade aus der Form herausgezogen werden können, erfordern teure Seitenziehwerke oder Schiebermechanismen in den Werkzeugen. Das Entfernen dieser komplizierten Geometrien bedeutet, dass keine aufwändigen Bewegungsabläufe im Formwerkzeug mehr nötig sind, wodurch sowohl Wartungsaufwand als auch Maschinenstillstände reduziert werden. Ausgehöhlte Bereiche (Core-outs) erfüllen eine Doppelfunktion: Sie machen Bauteile leichter (um etwa 15 bis 30 Prozent) und beschleunigen gleichzeitig die Abkühlzeiten, wodurch sich auch die Produktionszyklen verkürzen. Wenn Hersteller Schieber vereinfachen, ersetzen sie lästige winklige oder drehende Bewegungen durch einfache lineare Bewegungen. Allein diese Änderung kann den Werkzeugverschleiß um etwa 40 Prozent senken und die Werkzeuglebensdauer um das Zweifache bis Dreifache erhöhen. Kombiniert man alle diese Maßnahmen mit einem Auszugswinkel von mehr als 1 Grad, wird die Ausstoßung deutlich zuverlässiger. Das ist wichtig, da etwa 12 Prozent der Ausschussprodukte auf Probleme beim Auswerfen bei komplexen Formen zurückzuführen sind – etwas, das jeder Werksleiter vermeiden möchte.

Wählen Sie Materialien strategisch im Spritzgussverfahren

Thermoplastische Harze entsprechend funktionellen Anforderungen, Ästhetik und Produktionsvolumen auswählen, um Kosten und Leistung auszugleichen

Die Wahl der Materialien macht etwa die Hälfte bis drei Viertel der tatsächlichen Kosten von Bauteilen aus. Bei der Auswahl von Harzen müssen Hersteller gleich mehrere Faktoren berücksichtigen. Zunächst: Welche mechanischen Eigenschaften sind erforderlich? Für manche Produkte ist Schlagzähigkeit wichtig, während andere Steifigkeit benötigen. Dann kommt es darauf an, wie das Produkt in unterschiedlichen Umgebungen eingesetzt wird. Wird es UV-Licht, Chemikalien oder extremen Temperaturen ausgesetzt? Und auch das Aussehen darf nicht vergessen werden – muss ein bestimmter Glanzgrad erreicht werden oder soll die Farbe langfristig bestehen bleiben? Für alltägliche Artikel, die in großen Mengen produziert werden, ist Polypropylen in der Regel sowohl kostengünstig als auch ausreichend robust. Doch wenn Präzision entscheidend ist, greifen Unternehmen oft auf technische Qualitäten wie PEEK oder PEI zurück, obwohl diese zunächst teurer sind. Ein häufiger Fehler tritt auf, wenn die Spezifikationen zu anspruchsvoll gewählt werden. Der Einsatz eines hochwertigen Materials wie glasgefülltes PBT anstelle von einfachem PP, obwohl die einfachere Variante völlig ausreichen würde, kann die Gewinne erheblich schmälern. Branchendaten deuten darauf hin, dass eine solche Überdimensionierung jährlich zwischen achtzehntausend und sechsunddreißigtausend Dollar pro Form kosten kann.

Bewertung der Gesamtbetriebskosten (TCO), einschließlich Material, Verarbeitung und Nachbearbeitungslabor

Die Gesamtbetriebskosten hängen nicht nur davon ab, was Materialien anfänglich kosten. Sie umfassen auch Aspekte wie den Energieverbrauch, Verzögerungen durch längere Zyklen, früheren Verschleiß von Werkzeugen sowie alle zusätzlichen Arbeitsschritte nach dem Formen. Nehmen Sie beispielsweise glasgefülltes Nylon. Zwar reduziert es das Gewicht um etwa 15 %, hat aber einen Nachteil: Werkzeuge verschleißen ungefähr 40 % schneller, was langfristig höhere Wartungskosten verursacht. Viele Unternehmen haben tatsächlich Hunderttausende verloren, weil sie den benötigten manuellen Aufwand nach Abschluss des Formvorgangs nicht berücksichtigt haben. Das Ponemon Institute berichtete bereits 2023 über geschätzte Ausgaben in Höhe von 740 Tausend Dollar aufgrund dieses Umstands. Deshalb ist es sinnvoll, die Leistungsfähigkeit von Materialien über ihren gesamten Lebenszyklus hinweg zu testen. Eine gründliche Prüfung der Prozesse vor der Auswahl eines Harzes stellt sicher, dass die getroffene Wahl in der Praxis gut funktioniert und im Rahmen der Budgetvorgaben bleibt.

Treffen Sie fundierte Entscheidungen für Form- und Werkzeuginvestitionen

Bei der Planung von Formstrategien ist es entscheidend, das richtige Gleichgewicht zwischen den Anfangskosten und dem langfristigen Ertrag zu finden. Die Anzahl der herzustellenden Teile bestimmt, welche Werkzeugart sinnvoll ist. Aluminiumformen eignen sich hervorragend für schnelle Prototypen und kleine Serien mit weniger als etwa 500 Stück. Stahlformen sind anfänglich teurer, halten aber deutlich länger als ihre weicheren Pendants, in der Regel etwa fünf bis sieben Jahre länger bei der Nutzungsdauer. Branchendaten zeigen, dass Stahlformen ab einer Produktionsmenge von etwa 50.000 Einheiten kostengünstiger pro Teil werden, obwohl sie anfänglich 40 bis 60 Prozent mehr kosten. Auch die Materialien spielen eine Rolle. Formen müssen gegenüber spezifischen Harzen beständig sein, Temperaturschwankungen standhalten und dem Einspritzdruck widerstehen können, ohne vorzeitig auszufallen. Bei der Betrachtung der Gesamtkosten dürfen regelmäßige Wartungsarbeiten, unerwartete Stillstände und die Menge des entstehenden Abfalls neben den Anschaffungskosten nicht außer Acht gelassen werden. Komplexe Formen erfordern oft spezielle Konstruktionen wie Mehrfachkavitäten oder bewegliche Teile innerhalb der Form. Diese Merkmale erhöhen zwar zunächst den Preis, amortisieren sich aber schneller, da sie mehr Teile gleichzeitig produzieren und spätere Nachbearbeitungsschritte reduzieren.

Automatisierung und echtzeitnahe Prozesssteuerung im Spritzgießen nutzen

Geschlossene Überwachungssysteme und Kavitätsensoren einsetzen, um Ausschuss zu reduzieren und die Qualität im großen Maßstab sicherzustellen

Bei der Spritzgussformgebung verändert die geschlossene Überwachung mithilfe von Kavitätsensoren alles – weg von der bloßen Reaktion auf Probleme hin zur Vorhersage derselben. Diese fortschrittlichen Systeme überwachen kontinuierlich den Druck in der Formkavität, verfolgen die Veränderungen der Schmelztemperatur und beobachten den Kühlprozess innerhalb der Form. Sobald etwas aus dem Sollbereich abweicht, erkennt das System dies sofort, sodass Anpassungen vorgenommen werden können, bevor Probleme wie unvollständige Füllung, Senkstellen oder verformte Teile entstehen. Laut Produktionsberichten verzeichnen Fabriken, die eine solche Automatisierung einsetzen, typischerweise etwa 30 % weniger Ausschuss, während gleichzeitig die Produktdimensionen auch bei Serienproduktion strengen Toleranzen entsprechen. Die Wärmesensoren helfen dabei, die Abkühlzeiten präzise abzustimmen und so lästige Spannungsstellen zu vermeiden, die nach dem Spritzguss zurückbleiben. Gleichzeitig ermöglichen Druckmesswerte eine automatische Anpassung der Einspritzgeschwindigkeit und Nachdruckzeiten für eine bessere Konsistenz bei der ordnungsgemäßen Formfüllung. Besonders interessant ist jedoch, was über die reine Fehlervermeidung hinausgeht: All diese gesammelten Daten werden äußerst wertvoll für die Wartungsplanung. Sie zeigen Anzeichen von Verschleiß an Maschinen lange vor einem kompletten Ausfall. Dieses Maß an Kontrolle bedeutet, dass Hersteller nicht überall zusätzliche Sicherheitsmargen einplanen müssen, was Materialkosten spart. Die Qualität bleibt auch bei großen Stückzahlen hoch, und die Abläufe werden deutlich widerstandsfähiger gegenüber unerwarteten Störungen, ohne dass zusätzliche Kosten für Personal oder Rohstoffe entstehen.