3D-Druck oder Spritzguss? Kosten, Stückzahlen und Festigkeit

Markierte Begriffe erklären wir kurz, wenn du darauf zeigst oder tippst.

Für Einzelstücke, Prototypen und kleine Serien ist 3D-Druck fast immer günstiger, weil keine Form gebaut werden muss. Spritzguss lohnt sich erst bei größeren Stückzahlen: Die Form ist teuer, jedes weitere Teil aber sehr billig. Der Fertigungsdienstleister Xometry nennt als typischen Punkt, ab dem Spritzguss günstiger wird, 250 bis 2.000 Teile. Je nach Teil liegt er aber deutlich darunter oder darüber. Bei der Festigkeit hat Spritzguss einen Vorteil: Die Teile haben keine Schichten. Gedruckte FDM-Teile sind zwischen den Schichten schwächer als entlang der Linien.

So unterscheiden sich die Verfahren

Spritzguss: Kunststoffgranulat wird geschmolzen und unter Druck in eine Form aus Metall gespritzt. Nach kurzem Abkühlen fällt das fertige Teil heraus. Der Großteil der Kosten steckt in der Form.

3D-Druck (FDM): Der Drucker legt geschmolzenes Filament Linie für Linie und Schicht für Schicht ab. Es gibt keine Form, jedes Teil kostet ungefähr gleich viel Material und Druckzeit. Wie das genau funktioniert, steht in Was ist 3D-Druck?.

Was eine Spritzgussform kostet

Formlabs nennt für Spritzgussformen eine Spanne von rund 100 US-Dollar für eine 3D-gedruckte Form für kleine Mengen bis über 100.000 US-Dollar für komplexe Stahlformen mit mehreren Kavitäten.

Das Granulat selbst ist günstig, Formlabs nennt etwa 1 bis 5 US-Dollar pro Kilogramm. Zum Vergleich: Filament kostet ein Vielfaches davon, aktuelle Preise stehen in der Filament-Übersicht.

Rechenbeispiel von Formlabs

Formlabs rechnet in einem Beispiel mit drei Serien. Die Zahlen sind Beispielwerte, keine Angebote:

Daran sieht man das Prinzip: Je größer die Serie, desto weniger fallen die Formkosten pro Teil ins Gewicht.

Ab wann lohnt sich Spritzguss?

Xometry zeigt an Beispielen, wie stark der Punkt schwankt:

• Kleiner Drehknopf: Gedruckt bleibt er bis etwa 2.000 Stück konkurrenzfähig. Darüber kostet er im Spritzguss etwa 0,80 US-Dollar pro Stück ohne Form.
• Großes Anschlussgehäuse: Schon der Druck kostet über 200 US-Dollar pro Teil. Die Form kostet hier rund 10.000 US-Dollar, Spritzguss ist aber schon ab etwa 250 Stück günstiger.

Wichtig: Die Beispiele von Xometry beziehen sich auf industrielle Druckverfahren wie SLS und Multi Jet Fusion. Für ein Teil vom eigenen FDM-Drucker liegt die Rechnung anders, weil du vor allem Filament, Strom und deine Zeit bezahlst. Wie du das ausrechnest, steht in Druckkosten berechnen.

Faustregel: Je größer das Teil und je mehr Stück du brauchst, desto eher lohnt sich Spritzguss. Je kleiner das Teil, je weniger Stück und je öfter sich das Design noch ändert, desto eher bleibt 3D-Druck vorn. Xometry weist darauf hin, dass Designänderungen beim Spritzguss teuer sind, weil die Form geändert werden muss.

Festigkeit: das Problem mit den Schichten

FDM-Teile bestehen aus Linien und Schichten, die nur teilweise miteinander verschmelzen. Formlabs beschreibt, dass zwischen den runden Linien winzige Hohlräume bleiben und gedruckte Teile deshalb weniger dicht sind als vergleichbare Spritzgussteile. Am festesten ist ein FDM-Teil entlang der gedruckten Linien, schwächer quer dazu und zwischen den Schichten.

Fachleute nennen das Anisotropie: Die Festigkeit hängt von der Richtung ab. Formlabs zitiert einen Versuch, in dem die Streckgrenze eines FDM-Teils in Druckrichtung nach oben (Z-Achse) nur etwa 55 % des Werts in X-Richtung erreichte. Das ist ein einzelner Versuch, je nach Material und Einstellungen fällt der Unterschied anders aus. Die Richtung bleibt aber wichtig.

Spritzgussteile entstehen dagegen in einem Stück aus der Schmelze und haben keine Schichtgrenzen.

Was das für dich bedeutet:

• Teil so ausrichten, dass die Hauptlast entlang der Schichten wirkt und nicht die Schichten auseinanderzieht.
• Mehr Wände bringen oft mehr Festigkeit als mehr Infill, siehe Wände und Deckschichten.
• Material passend wählen: Manche Filamente haften zwischen den Schichten besser als andere. Eine Übersicht steht in Welches Filament wofür?.

Was beim Spritzguss schwieriger ist

Spritzguss stellt Anforderungen an die Form des Teils, die beim Drucken kaum eine Rolle spielen. Protolabs nennt unter anderem:

• Entformungsschrägen: Senkrechte Flächen brauchen eine leichte Schräge, damit das Teil aus der Form gleitet. Als Faustregel nennt Protolabs 1 Grad pro Zoll Tiefe.
• Gleichmäßige Wandstärken: Zu dicke Bereiche führen zu Einfallstellen, Verzug und Lufteinschlüssen. Statt massiver Wände setzt man auf Rippen.
• Hinterschnitte: Sie erschweren das Auswerfen des Teils und brauchen Zusatzteile in der Form wie Schieber. Das macht Form und Fertigung aufwendiger. Einfache Formen ohne Zusatzteile sparen laut Protolabs Geld.

Ein gedrucktes Teil kann dagegen innere Hohlräume, Gitter oder Formen haben, die sich aus keiner Form entnehmen ließen. Protolabs merkt an, dass bei Prototypen aus dem 3D-Drucker die Spritzguss-Tauglichkeit oft kaum beachtet wird. Wer später in Serie gehen will, sollte diese Regeln früh einplanen.

Kurz zusammengefasst

Wer gedruckte Teile verkaufen will, findet in Druckkosten berechnen die Grundlage für die Kalkulation.