Spritzgießen

Spritzgießen ist ein grundlegendes Verfahren in der Kunststoffverarbeitung und zählt zu den Urformverfahren. Es ist auch als Spritzgießverfahren oder einfach als Spritzguss bekannt. Dieses Verfahren ermöglicht die wirtschaftliche Herstellung komplexer Bauteile, die direkt einsatzbereit sind und in großen Stückzahlen gefertigt werden können.

Das Verfahren

Das Spritzgießen (auch als Spritzguss oder Spritzgussverfahren bekannt) ist ein urformendes Verfahren, mit dem 3D‑Objekte, beispielsweise aus Kunststoff oder Metall, durch das Einspritzen eines Werkstoffs in eine Kavität hergestellt werden. Mit dem Spritzgießen lassen sich Bauteile automatisiert, mit sehr hoher Reproduzierbarkeit und in sehr kurzer Zeit fertigen. Die Oberfläche von spritzgegossenen Bauteilen kann je nach Anwendung und Anforderung nahezu frei gewählt werden: So lassen sich besonders glatte Oberflächen für Applikationen mit hohen ästhetischen Ansprüchen ebenso realisieren wie innenliegende Komponenten ohne spezielle Vorbereitung der Werkzeugkavität. Aufgrund der Anlaufkosten, die durch die Herstellung der erforderlichen Werkzeuge entstehen, eignet sich das Spritzgießen besonders für die Serienfertigung; jedoch lassen sich auch kleine Serien mit einfachen Geometrien wirtschaftlich realisieren.

Was wird benötigt?

Die Grundlage des Verarbeitungsprozesses bildet ein CAD‑Modell. Dieser Datensatz stellt die Negativform für die Kavität (den formgebenden Bereich) des Spritzgießwerkzeugs dar. Im Anschluss an die Konstruktion und Auslegung der CAD‑Daten wird das Spritzgießwerkzeug mithilfe der CNC‑Fertigung hergestellt und entsprechend den Anforderungen nachbearbeitet. Jedes Spritzgießwerkzeug besteht aus zwei Hauptkomponenten: der Düsenseite und der Auswerferseite. Beide Formhälften enthalten sämtliche Werkzeugbestandteile, die für den Spritzgießprozess erforderlich sind. Dazu zählen Auswerferelemente, Angusssysteme, Kavitätseinsätze, Temperiersysteme (Kühlkanäle) sowie gegebenenfalls Kerne und Schieberelemente.

Das Werkzeug stellt bei der Anwendung des Spritzgießverfahrens den größten Kostenfaktor in Form von Anfangsinvestitionen dar und variiert je nach Geometrie des Endprodukts sowie der Anzahl der Zyklen (Standzeit) des Werkzeugs. Dabei wird zwischen Aluminium‑ und Stahlwerkzeugen unterschieden. Einige Aluminiumwerkzeuge können sehr schnell hergestellt werden, sodass der Spritzgießprozess frühestmöglich gestartet werden kann. Die maximal erreichbare Ausbringungsmenge dieser sogenannten Rapid Tools ist im Vergleich zu einem Standardwerkzeug aus Stahl jedoch deutlich geringer.

Der Fertigungsprozess

Nach Fertigstellung des Werkzeugs wird der Spritzgießprozess gestartet, der in fünf Schritte unterteilt werden kann. Zunächst wird der in Granulatform vorliegende Ausgangswerkstoff durch Wärme, Reibung und Druck plastifiziert. Anschließend schließen sich die beiden Formhälften des Werkzeugs und das plastifizierte Material wird unter hohem Druck in die Kavität eingespritzt. Um eine mögliche Schwindung während der Abkühlphase auszugleichen, wird bis zur Erstarrung weiteres Material nachgedrückt.

Gleichzeitig wird der Kunststoff durch die innenliegende Temperierung des Werkzeugs gleichmäßig abgekühlt, sodass ein maßhaltiges Spritzgussteil entsteht. Abschließend werden die beiden Formhälften geöffnet und das Bauteil wird ausgeworfen oder automatisiert entnommen. Der Formgebungsprozess ist abgeschlossen und beginnt erneut.

Welche Einschränkungen gibt es?

Die größten Einschränkungen beim Spritzgießen betreffen die Entformbarkeit sowie mögliche Verformungen des Bauteils. Im Vergleich zum 3D‑Druck ist der Grad der Designfreiheit dieses Fertigungsverfahrens daher etwas geringer. Das Spritzgießen zeichnet sich jedoch durch seine hohe Maßgenauigkeit und das außergewöhnliche Maß an Präzision aus, kombiniert mit hervorragenden Material‑ und Oberflächeneigenschaften, einer sehr hohen Reproduzierbarkeit sowie einer extrem hohen Geschwindigkeit bei großen Produktionsvolumina.

Die Vorteile des Spritzgießens

Hohe Reproduzierbarkeit und sehr enge Toleranzen
Kostengünstiges Fertigungsverfahren für hohe Stückzahlen
Verarbeitung von Serienwerkstoffen
Bauteile müssen nicht oder nur geringfügig nachbearbeitet werden
Vollautomatisierbares Verfahren
Sehr hohe Präzision und hervorragende Oberflächenqualität
Formgebungsprozess vom Rohmaterial zum Fertigteil in einem einzigen Arbeitsgang

Anwendungsgebiete des Spritzgießens

Bei der Herstellung von Kunststoffbauteilen in großen Stückzahlen ist das Spritzgießen eines der am weitesten verbreiteten Fertigungsverfahren. Mithilfe eines speziell hergestellten Negativwerkzeugs, des Spritzgießwerkzeugs, können Bauteile in sehr kurzen Intervallen sowie mit hoher Präzision und Qualität gefertigt werden. Mit der jahrzehntelangen Erfahrung unserer Experten, sowohl im Spritzgießen als auch im Werkzeugbau, unterstützen wir Sie kompetent und zuverlässig bei der Realisierung Ihres Produkts.

Kleinserie / Prototypenserie

Für das Spritzgießen von Bauteilen in geringen Stückzahlen, beispielsweise für Kleinserien oder Prototypenserien, eignen sich besonders Spritzgießwerkzeuge aus Aluminium. Diese Werkzeuge, die aus einem vergleichsweise weichen Metall gefertigt sind, lassen sich deutlich schneller und kostengünstiger herstellen als Werkzeuge aus Stahl. Gleichzeitig weisen sie eine wesentlich geringere Standzeit auf und müssen entsprechend früher ersetzt werden. Für ein Aluminiumwerkzeug sind typischerweise etwa 10.000–20.000 Zyklen möglich (Anzahl der Befüllungen der Form mit Kunststoff). Darüber hinaus sind Werkzeuge mit mehreren Bauteilen pro Kavität möglich, sogenannte Mehrfach- oder Multikavitätenwerkzeuge, sodass die Anzahl der herstellbaren Bauteile pro Werkzeug deutlich über 20.000 Stück liegen kann. Ausschlaggebend sind hierbei insbesondere die Komplexität des Bauteils sowie der verwendete Kunststoff.

Serien mittlerer Größe

Das Fertigungsverfahren des Spritzgießens eignet sich besonders für die Herstellung von Bauteilen in großen Stückzahlen. Die vergleichsweise hohen Anlaufkosten für das Spritzgießwerkzeug können auf eine hohe Stückzahl umgelegt werden, sodass sich schnell ein Skaleneffekt ergibt und die Stückkosten niedrig bleiben.

Werkzeuge aus Stahl sind deutlich widerstandsfähiger als Aluminiumwerkzeuge und halten den Belastungen der Fertigung wesentlich länger stand. Ausbringungsmengen von mehreren Hunderttausend bis hin zu Millionen Bauteilen sind hierbei übliche Größenordnungen. Wir fertigen Ihr Werkzeug präzise und zuverlässig – stets abgestimmt auf Ihr individuelles Bauteil.

Großserien und Highrunner

Bei der Spritzgießfertigung von Großserien ist die Produktivität der Werkzeuge ein entscheidender Faktor. Wesentliche Einflussgrößen für die Effizienz des Prozesses sind minimale Taktzeiten und eine möglichst hohe Ausbringung des Werkzeugs. Durch die Kombination aus klassischem Werkzeugbau und additiv gefertigten Einsätzen aus Werkzeugstahl lässt sich die Effizienz des Spritzgießprozesses maximieren. Die 3D‑gedruckten Einsätze können mit formkonturnahen Kühlkanälen ausgestattet werden, um die Temperierung des Werkzeugs und der heißen Kunststoffschmelze zu optimieren. Auf diese Weise lassen sich Taktzeiten reduzieren und die Anzahl der spritzgegossenen Bauteile erhöhen. Unsere erfahrenen Experten unterstützen Sie gerne bei der optimalen Auslegung Ihres individuellen Fertigungsprozesses.

Häufig gestellte Fragen zum Spritzgießen

Was ist Spritzgießen?

Spritzgießen ist ein urformendes Fertigungsverfahren, bei dem geschmolzener Kunststoff in ein Werkzeug eingespritzt wird. Nach dem Abkühlen entsteht ein formstabiles Bauteil, das direkt einsatzbereit ist und mit hoher Wiederholgenauigkeit hergestellt wird.

Welche Vorteile bietet das Spritzgießen?

Das Spritzgießen ermöglicht die wirtschaftliche Herstellung komplexer Bauteile in gleichbleibender Qualität. Besonders bei mittleren bis großen Stückzahlen überzeugt das Verfahren durch kurze Zykluszeiten, hohe Reproduzierbarkeit und große Gestaltungsfreiheit bei Form und Oberfläche.

Für welche Stückzahlen eignet sich Spritzgießen?

Spritzgießen eignet sich vor allem für Serienfertigung. Aufgrund der Werkzeugkosten ist das Verfahren besonders wirtschaftlich bei mittleren und großen Stückzahlen, kann aber bei einfachen Geometrien auch für kleinere Serien eingesetzt werden.

Welche Rolle spielt das Spritzgießwerkzeug?

Das Werkzeug bestimmt die Geometrie, Oberflächenqualität und Maßhaltigkeit des Bauteils. Es besteht aus mehreren Komponenten wie Kavität, Anguss- und Auswerfersystemen sowie Kühlkanälen und stellt den größten Kostenfaktor im Spritzgießprozess dar.

Warum ist Spritzgießen ideal für seriennahe Bauteile?

Durch den automatisierten Prozess und die hohe Prozessstabilität lassen sich Bauteile mit gleichbleibenden Eigenschaften und Oberflächen direkt in Serienqualität herstellen. Das macht Spritzgießen besonders geeignet für funktionale und seriennahe Produkte.