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Cover des Podcasts „3D-Druck Wissen“ von PROTOTEC

#009 3D-gedruckte Spritzgussformen: Prototypen Spritzguss Formen und Lost Molds

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#3DDruckWissen #3DDruck #Spritzguss

In dieser Folge spreche ich über gedruckte Spritzgusswerkzeuge für kleine Stückzahlen. Es geht um MSLA-Formen aus keramisch gefülltem Kunststoff, wasserlösliche Einleger für Hinterschnitte und den Lost-Mold-Prozess für das Spritzen ohne Entformungsschrägen. Kein Ersatz für klassische Serienwerkzeuge, aber eine echte Alternative in der Prototypen- und Qualifizierungsphase.

Takeaways

* Gedruckte MSLA-Werkzeuge aus keramisch gefülltem Material ermöglichen 20 bis 50 Abschüsse mit dem Originalwerkstoff, ohne ein teures Prototypenwerkzeug bauen zu müssen.

* Wasserlösliche Einleger ersetzen klassische Schieber im Prototypenwerkzeug und lösen sich nach dem Spritzen einfach in Wasser auf.

* Mehrere Geometrievarianten lassen sich beim MSLA in einem einzigen Druckjob parallel fertigen. Die Druckzeit ist identisch, die Kosten verteilen sich auf alle Varianten.

Chapters

* 00:00:46 Intro und Thema der Folge

* 00:02:06 3D-Druck und Spritzguss: kein Widerspruch

* 00:03:58 Welche Materialien kommen für gedruckte Werkzeuge in Frage?

* 00:06:21 MSLA: alle Variantenformen parallel in einem Druckjob

* 00:08:02 Ablauf am Spritzguss: Einrüsten, Füllstudie, Variantenwechsel

* 00:09:25 Hinterschnitte ohne Schieber: wasserlösliche Einleger

* 00:13:57 Kosten und Lieferzeit in der Praxis

* 00:15:21 Lost Mold: Spritzen ohne Entformungsschrägen

* 00:17:54 Größenbereich und Grenzen: bis ca. 100 mm Teillänge

* 00:19:27 Direktvergleich: gedruckte Formen vs. gefräste Werkzeuge bei Varianten

* 00:20:45 Fazit und Empfehlung

FAQ

* Was ist der Unterschied zwischen keramisch gefüllten Werkzeugen und wasserlöslichen Formen? Keramisch gefüllte MSLA-Werkzeuge sind wiederverwendbar und liefern 20 bis 50 Abschüsse im Originalwerkstoff. Wasserlösliche Lost-Mold-Formen sind Einwegwerkzeuge für genau einen Schuss, ermöglichen aber Geometrien ganz ohne Entformungsschrägen.

* Für welche Teilegröße eignen sich gedruckte Spritzgussformen? Erfahrungsgemäß gut bis zu einer Teillänge von ca. 100 mm. Bei größeren Bauteilen fehlt meist der Kostenvorteil gegenüber gefrästen Werkzeugen.

* Wann lohnt sich das gegenüber einem Aluminium-Prototypenwerkzeug? Immer dann, wenn mehrere Geometrievarianten unter Originalmaterial getestet werden sollen oder geringe Stückzahlen für Qualifizierungs- und Zulassungstests benötigt werden.

* Kann jeder Spritzgusswerkstoff in gedruckten Formen verarbeitet werden? Nicht jeder. Keramisch gefüllte MSLA-Formen halten aber schon Materialien wie PA6 GF30 aus. Hochtemperatur Sondermaterialien stoßen an die Grenzen der Werkzeugstandzeit.

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Transcript

Torsten: Ja, bevor es jetzt aber losgeht, noch eine Info vorab. Vor zwei Jahren haben wir ein Open House Event ausgetragen hier bei uns in Attenborn. Dort waren circa 70 Leute und das Feedback von damals war eigentlich überragend. Und da wir ja alle zwei Jahre auch die 3D Tage Nord haben, habe ich gesagt, in dem Jahr werde ich es nicht tun. Aber dies Jahr ist es wieder soweit. Wir werden diese Veranstaltung wieder austragen hier bei uns in Attenborn mit Speikern, wieder mit Themen. rund Praxiserfahrung.

Es wird keine Verkaufsveranstaltung, sondern da praxisbezogene Themen geliefert. der Sicht, ich werde die weiteren Informationen unten in die Show Notes packen, den Tag schon mal vormerken, 8.9.2026. Der Eintritt ist frei und kostenlos, weil wir wollen einfach wirklich liefern und performen. Aus der Sicht, weitere Informationen wird es in den Show Notes geben. Schaut euch das Event an. Es lohnt sich und jetzt geht's los.

Ja, da sind wir wieder. Für mich ist Samstag. Für die oder für euch, die es hört, ist wahrscheinlich wieder Sonntag. Ja, wie man sieht, wer das Video guckt heute, an so einem Samstag ist man natürlich auch ein bisschen mehr casual unterwegs. Heute mal im T-Shirt. Ja, aber worum geht es heute? Wir hatten ja eine Folge gemacht mit dem Juri Müller oder ich hatte eine Folge mit dem Juri Müller gemacht, da ging es ja Werkzeuge, Spritzgusswerkzeuge mit konturnahe Kühlung und ähnlichem.

Aber es gibt im Spritzguss ja auch andere Dinge noch. es gibt ja oft diesen Wettbewerb im Spritzguss und dass 3D-Druck und Spritzguss immer so wirklich so einen internen Wettbewerb führen. Ich persönlich mache das nicht. Ich sage auch ganz klar, genauso wie in einer vorherigen Folge oder einer der vorherigen Folgen, ich erwähne das auch immer wieder. Für mich hat jede Technologie seinen Daseinsberechtigung.

Und es gibt keine Technologie, die mir das eine für alles macht. Und es wird auch keine Technologie geben, die alle anderen ablöst und nur noch diese eine Technologie für die Zukunft existiert. Aus der Sicht, finde ich, sollte man fair sein und sagen, für jede Anwendung gibt es eine passende Technologie und keine davon erschlägt alles. Was heißt das aber, wo kann man eigentlich mit dem Spritzguss zusammenarbeiten?

Und da sehe ich noch eine Menge Potenzial. Wenn man mal einfach sieht, Formen, die heute gefräst werden, die relativ aufwendig sind, da kann man auch über diese Prototypenphase, also wo man wirklich mal sagt, ich möchte jetzt einen Prototyp haben, den haben wir aber diesen Werkstoff eins zu eins, den haben wir im 3D-Druck nicht. Das ist dann irgendein Sonderwerkstoff mit einer Zulassung. Der Kunde braucht jetzt unbedingt Teile, diesen Zulassungsprozess zu generieren.

Also braucht eine Handvoll Teile, 10 Teile, 20 Teile, wie auch immer. Muss aber unbedingt diesen einen Werkstoff haben, der später in einer Serie tatsächlich benutzt wird, damit er diese Zulassung auch schon unter den Serienbedingungen durchführen kann. Egal, was für eine Prüfung, wo auch immer die herkommt. Oder er muss gewisse … Festigkeitstest oder irgendetwas nachweisen. Dann stellt sich ja die Frage, wie bekomme ich jetzt möglichst kosteneffizient wieder diese kleine Stückzahl, die ich für die Zulassung brauche, wie bekomme ich die generiert?

Und da bin ich im Moment auch viel dran, auch mit Partnern. Das Thema ist jetzt nicht so, dass das gestern erst generiert wurde, sondern die Frage ist ja, wo kann man im 3D-Druck Spritzguss-Formen generieren für kleine Stückzahlen? Es gibt auch da keine eierlegende Wollmichsau. Also wir werden jetzt morgen nicht jede Form für die nächsten fünf Teile und so was alle drucken. Aber es gibt ja im Spritzkurs, es gibt die Handspritzkussmaschinen, es gibt die Babyplastanlagen, die kleinen Maschinen, also die, die für kleine Mengen gut geeignet sind und die man schnell rüsten kann, wo man schnell Material fahren kann und und und und diese kleinen Teile oder diese kleineren Bauteile, die vielleicht auch aufzugeneriert werden können.

Die kann man teilweise echt gut mit Spritzguss gedruckten Formen herstellen. Und das ist auch recht kosteneffizient und auch mit einer hohen Geschwindigkeit. Man muss dann manchmal überlegen, welches dieser Verfahren oder Materialien nutzt man. Also wir haben ja keramisch gefüllte Kunststoffe, Hochtemperatur-Kunststoffe. Wir haben wasserlösliche Resine, Harze und und und. Also auch da haben wir nicht die eine Lösung, sondern Da muss man sich überlegen, was ist eigentlich die Aufgabe.

Und dann gibt es verschiedene Prozesse, die wir abbilden können, Formen zu drucken. Natürlich bleibt auch dort immer, man muss das abwägen, mal sind es gedruckte Formen oder mal wird es auch nach wie vor wieder eine einfache, gefräste Form sein. Auch da, wir werden niemals die eine Lösung generieren. Aber Erfahrung zeigt, dass gedruckte Formen in einigen Fällen tatsächlich einen Vorteil gegenüber gefressenen Teilen haben, Vorteile gegenüber vollständigen Werkzeugen und und und und zwar immer dann, wenn zum Beispiel die Varianten, also ich habe einen Bauteil und ich brauche jetzt den Originalwerkstoff, aber ich drei, vier Varianten von einem Produkt generieren. dann tatsächlich unter Echtbedingungen zu evaluieren, welche der Variante, ich verändere die dicke, ich verändere eine Geometrie, weil die für mich wichtig ist, oder was auch immer. habe einen Zapfen, der irgendwo reingesteckt werden muss, und da müssen die Ausreißkräfte, also so ein Pilzkopf zum Beispiel, da muss jetzt irgendwo reingesteckt werden, und die Ausreißkräfte müssen geprüft werden.

Dann kann es ja sein, dass ich Interesse habe unter dem späteren Originalwerkstoff. drei, vier, fünf Varianten zu prüfen, dann die bestmögliche Geometrie rauszubekommen. Und da ist es so, dass dann, wenn ich die ganzen Sachen fräse, das oftmals teurer ist, als wenn ich drei, vier Varianten drucke. Weil da die Komplexität, ich brauch im Prinzip nur die Form ein bisschen verändern und das Programm und so muss ich eigentlich kaum anpassen.

Ich kann das teilweise, wenn die Formen alle zusammen in einen Druckjob kommen. dann ist ja so, dass zum Beispiel beim MSLA, da wird ja die gesamte Fläche gleichzeitig belichtet, dass die Druckzeit die gleiche ist. Es spielt also keine Rolle, wenn ich jetzt diesen Prozess habe. Ich habe eine Form für zum Beispiel so einen Pilzkopf, den ich jetzt irgendwie dort testen möchte. Oder parallel, wenn sie draufpassen, also wenn ich das in einem Prozess kriege, kann ich ja auch im Druck drei, vier, fünf verschiedene Formen parallel fertigen.

Anders wie bei einer Fräse, brauche dann tatsächlich Ober- und Unterteil. Brauche ich zweimal Rohmaterial, muss zweimal Planfräsen und muss dann das Oberteil aufspannen, bearbeiten, muss das Unterteil aufspannen und bearbeiten und im Druck machen wir dann schon mal selbst bei einem Werkzeug beides parallel. Und wenn ich jetzt noch Varianten dazu generiere, Nehmen wir mal an, wir haben fünf Varianten, die ich testen möchte unter Echtbedingungen mit kleinsten Anpassungen.

Muss ich beim Fräsen für diese Werkzeuge, Aluminium, brauche ich dann auf einmal zehn Werkzeugklötzchen, Rohlinge, und muss dann auch zehnmal eine Kontur fräsen, und zwar zehn verschiedene. Und dann addiert sich die Fräszeit doch erheblich nach hinten raus, unabhängig von dem ganzen… dass ich das programmieren muss und und und. Beim Druck, solange die Werkzeuge, so wie ich erklärt habe gerade, solange die Werkzeuge in einen Druckprozess passen, zum Beispiel mit keramisch gefülltem Material, kann ich für alle fünf Varianten die Werkzeuge parallel fertigen und die Druckzeit ist exakt die gleiche, als wenn ich nur einen Satz Werkzeuge hätte.

Und das skaliert auch im Preis deutlich. Und ich bin dann in der Lage, diese Werkzeuge Ich rüste eine Maschine ein, der Extruder wird gespült, ich nehme das Originalmaterial und packe meine ersten Sätze rein, fahre das Werkzeug zu, mache dann bisschen Füllstudie, genauso einrüsten wie bei metallgenerierten Werkzeugen. Also ich werde nicht beim ersten Schuss sofort perfekt sein, sondern ich mache meine Füllstudie, bekomme dann die ersten Gutteile raus, nehme die Werkzeugeinsätze raus, packe die nächsten rein. fahr das Werkzeug zu, mach die Variante 2, 3, 4, 5 Teile, mach die Maschine auf, nehme meine Werkzeuge per Inbusschraube, auch immer, nehme die raus, mach die Variante 3 rein, fahr die Maschine zu und das alles innerhalb eines Zyklus hintereinander weg.

Und da denke ich, wird jeder, der jetzt hier zuhört, wird erkennen, dass das durchaus ein Kostenvorteil sein kann in solchen Situationen. Und jeder, der dann wirklich auch mal so Echtbedingungen testen möchte und Varianten auch im Spritzguss unter Echtmaterial und nicht nur als Prototyp irgendwie gedruckt aus irgendeinem Material, da kommt man so näherungsweise dran. Aber wenn es wirklich darauf ankommt, qualifiziert, unter Echtbedingungen, unter Echtmaterial Eigenschaften und und und, dann ist das absolut eine Option, die man nicht außer Betrachtelassen sollte.

Eine andere Variante ist, dass wir im Bereich Hinterschnitte, also jedes Mal, wenn so ein Spritzgusswerkzeug Schieber benötigt, Auch wenn es erst mal nur eine Aufzu-Form ist, aber ich habe einen bescheuerten Hinterschnitt, dann kann das sein, dass man das auch wieder kombiniert. Entweder ich nutze gedruckte Formen, das keramisch gefüllt zum Beispiel, und packe dann für die Hinterschnitte, wir haben die Möglichkeit, wasserlösliche Materialien zu drucken, die auch den normalen Spritzgustemperaturen für einen Schuss, zwei Schuss oder sowas aushalten.

Das heißt, wir können anstatt der Schieber und Einleger würden wir gedruckte Einleger. Die sind ja oft nur klein. ist dann ein kleiner Hinterschnitt oder so was. Die kann man dann in die Spritzgussform reinlegen. Und später schmeißt man die Teile einfach in Wasser. Und über die Zeit, das kommt jetzt drauf an, man kann das schnell machen, mal, man dort gewisse Tenside oder ähnliches beipackt bei dem Wasser.

Oder man hat einfach Zeit, schmeißt die in Wasser und einen Tag später ist dieses Material giletartig. Und dann kann man das schön aus diesem Hinterschnitt rausholen. Und das sind ja auch so Sachen. Bevor ich dann ein Prototypenwerkzeug, wo ich vielleicht wirklich wieder für diesen Qualifizierungsprozess 10, 20, 30 Teile brauche, dann fange ich ja nicht an Werkzeug mit Schieber zu bauen. Viele machen dann kleine Messingplättchen, müssen dieses Messingplättchen dann jedes Mal dort positionieren, festschrauben und und und.

Wenn wir im 3D-Druck Teile bauen und das kostet im 3D-Druck ja kaum mehr, wo wir dann schon so Krallen oder so was mit generieren, so ein Kragen das Teil. Wenn wir es einlegen, dass es nicht verrutschen kann, also dass es im Werkzeug schon geklemmt ist, dann habe ich keine Schraube, ich muss nichts befestigen, es kann nicht verrutschen. ist einfach, dieses Teil darf im 3D-Druck, kann das viel komplexer aufgebaut sein, dieses kleine wasserlösbare Teil. für den Hinterschnitt, als wenn man das aus einem Messingteil z.B. fertigt, was dann immer festgeschraubt werden muss oder wie auch immer und in dieser Kontur von dem Werkzeug deutlich mehr Aufwand erzeugt als jetzt so ein gedrucktes Teil.

Man muss das also immer ein bisschen voneinander abwägen und das ist mir persönlich eigentlich auch wichtig zu vermitteln und das möchte ich auch rüberbringen. Auch da es gibt nicht diese eine Lösung und diese eine eierlegende Wollmilchsau. Allerdings, wenn man das richtig anfängt und sich mal überlegt, welche oder welche Situation herrscht gerade vor, und ist es für mich möglich, einem wasserlösbaren Material schneller zum Erfolg zu kommen, weniger Aufwand zu erzeugen und auch mehr Geschwindigkeit?

Denn wenn wir 20, 30 Teile zum Beispiel spritzen müssten und wir brauchen dort für einen Hinterschnitt ein kleines Teil und dieses Teil für einen Hinterschnitt ist oftmals vielleicht nur fünf mal fünf. Millimeter oder so irgendwie von den Ausmaßen, dann ist das bei uns, da können wir wahrscheinlich, bei der Größenordnung können wir 50, 60 Teile in einen Druckjob packen und die Teile kosten dann nachher ein paar Euro, vielleicht zwei Euro oder drei Euro oder keine Ahnung.

Das ist einfach so relativ schnell gemacht. selbst wenn man das bei uns bestellt, wir haben die Maschine weitestgehend, haben wir die immer für diese Materialien gerüstet. bedeutet, wenn das konstruktiv beim Spritzgießer konstruiert wurde und klar ist, wie das nachher in den Werkzeug eingelegt wird, das ist bei uns innerhalb von zwei, drei Tagen wahrscheinlich erledigt. Und dann ist bei beim Kunden wahrscheinlich schon fast im Werkzeug verfügbar.

Wir sind da oft schneller wie die aluminium generierten Werkzeuge. Und auch da geht es hier darum, dass wir dem Wettbewerb zu China, dass wir da einfach wettbewerbsfähiger werden, dass wir günstiger werden. Und wenn die Werkzeuge nachher wirklich in Anführungsstrichen fast eine Butsche-Operation sind, also ich pack eine Trennlinie, Butsche-Operation, mach noch ein bisschen Material-Skalierungsfaktor da rein und anstatt der aufwendigen Schieber und solche Dinge ich damit wirklich vielleicht mit wasserlöslichen Materialien arbeiten kann, dann ist das definitiv ein Preisvorteil, weil ich die Werkzeuge deutlich einfacher generieren und gestalten kann.

Die wasserlösbaren Komponenten stecken nachher einfach in dem Teil mit drin, werden mit entformt. Ich schmeiße die Teile einfach über Nacht. Es steht neben der Maschine, ich Wasser, da schmeiße ich 10, 20 Teile rein. Am nächsten Tag muss ich halt einmal ein bisschen da rumpopeln, weil das halt nur so geläartig wird. Also es löst sich nicht wie Zucker auf im Wasser und ist am nächsten Tag komplett weg.

So es wird mehr oder weniger geläartig und dann kann ich das wie so eine Art Wackelpudding so bisschen da raus holen. Dann puste ich das ein bisschen aus, mache es bisschen sauber und der Vorteil ist, am nächsten Tag sind die Teile prinzipiell schon konditioniert. Also noch nicht mehr trocken. Das heißt, ich habe da auch noch zwei Fliegen mit einer Klappe geschlagen. im Prinzip kann danach das Material geprüft und getestet werden.

Ein weiterer Aspekt ist für diese wasserlösbaren Materialien, dass man Teile, wenn man zum Beispiel eine Mechanik testen möchte. Also ich möchte wissen, ich muss ein Material oder ein Teil erleichtern oder verstärken, es hat eine Schwachstelle. Und ich möchte jetzt konstruktiv zwei, drei Varianten testen unter den Serienbedingungen, also Serienmaterial. Da kann ich vielleicht mit Prototypen im SLS oder im MSLA oder was auch immer oder im FDM kann ich vielleicht so mir grobe Vorgedanken holen oder Vorergebnisse holen, aber so einen echten Test unter realen Bedingungen mit dem echten Material ist dann doch oft nochmal was anderes.

Und auch da können wir im 3D-Druck unterstützen. Und diese wasserlösbaren Materialien haben einen großen Vorteil. Ich brauche keine Freiformflächen. Also ich brauche keine Entformungsschrägen. Wir können durch diese Wasserlösbarkeit habe ich ja nicht das Problem, dass sich das Teil aus der Form entformen muss. Ich spritze das in die Form rein. Solange wir es drucken können, so lange wie wir die Form drucken können, bilde ich in dieser Form den Hohlraum ab, den das Teil nachher hat. bilde dadurch Skalierung und all das ab, fahre die Form zu oder habe es sogar als einen Körper gedruckt mit allem drum und dran, spritze in die Form rein und löse es dann einfach danach über, schmeiße es im Wasser.

Das ist natürlich heißt Lost Mold. Warum? Weil die Form nach dem einen Schuss verloren ist. Sie wird danach oder muss ja, damit das funktioniert, Wasser aufgelöst werden und dafür keine Enformungsschrägen haben. Da es mir darum, zeigen, mal den Gedanken zu platzieren, wie schnell kann ich so einen Teil ganz dreckig konstruieren und muss nicht mit jedem Radius und mit jeder Enformungsschräge, und muss das alles schon hundertprozentig entformbar machen.

Ich kann auch dreckige Hinterschnitte noch drin haben und so weiter. All diese Dinge. Das heißt, ich habe da relativ schnell so ein Teil konstruiert und ich habe dann auch mit einem relativ einfachen, wasserlösbaren Material das Teil gespritzt, entformt, weil es sich auflöst und danach kann ich es testen. das heißt, dieser Prozess, dieser Entwicklungsprozess, wie viel Kosten spart das, wenn ich nicht erst das Teil komplett fertig konstruieren muss, vor allem mit Varianten?

Wenn ich jetzt sage, ich möchte auch noch Varianten testen, weil ich noch nicht weiß, welche Lösung für mich später das beste Ergebnis erzielt und ich dann auch noch werkzeugtechnisch, also nicht nur die Teile technisch gesehen mehr oder weniger fertig konstruieren muss, sondern habe dann drei fertige Teile konstruiert mit Entformungschrägen, mit Radien dran, mit all diesem Kram, der eigentlich nötig ist, sondern ich habe gerade Wände, ich habe das Teil grob gezeichnet und das eckig, kantig, ohne Entformungsschrägen und auch das Werkzeug.

Theoretisch muss ich ja im Werkzeug, wenn ich dann auch noch zwei drei Varianten fertigen muss, muss ich ja im Werkzeug auch diese Entformungsschrägen reinbringen. Das ist ja alles sehr viel Aufwand und wir können auch da wieder der Ansatz, wenn die Formen, sind Größenordnung, vielleicht das kann ich auch mal kurz erwähnen, so Größenordnung. Ich sage immer alles, also solche Werkzeuge funktionieren noch recht gut, alles so bis Teilebereich 100 mm.

Also wir reden nicht über Teile 200, 300, 400 Millimeter. Da funktioniert das noch nicht so richtig. Beziehungsweise wir da eventuell auch kostentechnisch, da hat es nicht so richtig Vorteile. Aber ich sag mal bis grob 100 Millimeter Teile Länge. Da funktioniert das eigentlich ziemlich gut und dafür macht es auch Sinn. Und das ist auch das Teile Spektrum, wo sowas gut zur Anwendung. Und auch da, habe jetzt diese Varianten, ich habe sie mir also relativ schnell gezeichnet, ohne sie vollständig mit der Formung zu und so weiter, wie ich gesagt habe.

Und jetzt kann ich, wenn ich in diesem Teilebereich 100 mm kriege, ich eventuell auch alle Varianten wieder parallel auf meine Maschine. Das heißt, die Druckzeit ist die eine. Das heißt, die Druckzeit verteilt sich auf die Varianten und kostentechnisch skaliert das unheimlich nach. Das ist ja nicht so, dass ich dreimal drucken muss. solange wie in dieser Teilegröße bleibe, sondern dass ich die Druckkosten auf die drei Sätze verteilen kann.

Anders wie wieder beim Fräsen. brauche wieder meine für drei verschiedene Varianten brauche ich wieder meine drei Werkzeug Klötzchen. Ich muss drei sechs Programme schreiben. Vorderseite, also A-Seite, B-Seite plus halt die drei Varianten und und und. da ist wirklich der Mehrwert im 3D-Druck, dass wir dort auch flexibel sind. Jetzt nehmen wir mal an, während des Tests stellt sich heraus, das ist noch nicht der Ansatz, aber wir haben hier gesehen mit den Ergebnissen, die wir gerade eben erzeugt haben, wenn wir das und das machen, dann sind wir glaube ich da, wo wir hin wollen und jetzt bleibt vielleicht die Maschine eingerüstet, wird runtergefahren, die Änderung wird eben in die Datei eingespielt, ich bekomme über Nacht die Datei, ich kann über Nacht drucken und am nächsten Tag vielleicht… muss jetzt hier passen, muss regional passen und so.

Ich will jetzt auch nicht sagen, dass das überall, aber wenn das hier regional ist bei mir in der Umgebung, ja, dann kann am nächsten Tag ein zweiter Versuch gemacht werden. Dann fährt man die Maschinen nochmal wieder hoch. Man hat so in etwa vom Vortag die Parameter und hat dann relativ schnell Ergebnisse und das skaliert. Und das spart Kosten, das iteriert. Dieser ganze Prozess beschleunigt sich.

Und wenn dann nachher wirklich eventuell eine kritische wenn ein Bauteil einer Serie stattfindet und man sagt, man muss schnell reagieren, das Möglichkeiten, die kriegt man so schnell auch nicht mit einem chinesischen Partner oder mit einem chinesischen Werkzeugbauer oder was auch immer hin. Das sind Lösungen, die jetzt auch nicht immer funktionieren, die werden auch nicht für jede Situation funktionieren. möchte eigentlich nur mitgeben, wir machen hier Anwendungswissen, dass diese Möglichkeiten bestehen, existieren und dass wirklich jeder, der sich damit beschäftigt, Das auch mal bei seiner Betrachtung, bei seinen Überlegungen, was mache ich jetzt in dieser Situation, dass man das wissen muss.

Und da sage ich ja immer wieder, was man nicht weiß, kann man nicht vermissen. und entsprechend, man muss das wissen, damit man nachher auch sagen kann, ich möchte das jetzt versuchen oder ich möchte jetzt diesen Weg mal gehen, weil ich da Vorteile habe. Ja, das, wie gesagt, also diese Keramik. gefüllten Werkzeuge, sind, da kann auch sowas wie ein PA6 GF30, da kann man mal 20, 30, 50 Werkteile aus so einer Form kriegen, die wasserlösbaren Formen.

Das sind Lost Molds, also da kriege ich nur immer einen Teil pro Form. Das ist halt schon eher für wirklich die Einzelteile gedacht und nicht für die größeren Kleinserien. Wir müssen immer schauen, Bei kleinen Wanddicken und bei kleinen Geometrien sind es Kunststoffformen. Wenn wir da mit einer hohen Fließgeschwindigkeit und einem hohen Druck in die Werkzeugform reinschießen, kann es natürlich auch sein, dass so eine Wand mal umgerissen wird.

Das bedeutet, dass das nicht für jede Geometrie geeignet ist und nicht für jede Größenordnung. Es gibt wirklich Wenns und Abers, aber es gibt eine Menge. Anwendungen und eine Menge Teile, wo es gut funktioniert. Und genau die, die muss man finden, die muss man entdecken. ich kann nur jedem empfehlen, sich damit mal zu beschäftigen, mal auseinanderzusetzen und jetzt nicht mit dem schlimmsten anzunehmenden Fall auf uns zuzukommen und sagen, hier ist der schlimmste anzunehmende Fall, schaut mal, ob wir das machen können.

Weil die Erfahrung, es ist ja egal, was man macht. Man sollte mit einem einfacheren Bauteil mal beginnen. und dort eine Lernkurve mitmachen. Und dann einfach sich ran iterieren, wo liegen Grenzen, weil auch die Erfahrung, niemand kann die einfach pauschal so machen. Ich sage auch, wir haben solche Versuche schon mit verschiedenen Kunden gemacht, aber es hat sich tatsächlich herausgestellt, dass wirklich die spezifischen Anforderungen jeweils pro Braut halt, das sind ja auch immer ganz unterschiedliche Materialien, ganz andere Geometrien.

Wir haben da schon eine gute Lernkurve hinter uns, aber ich will nicht sagen, dass auch wir am Ende der Lernkurve stehen und jetzt schon das große Wissen mit allen möglichen Dingen löffelweise in uns reingefuttert haben und da perfekt sind. Das wird mit Sicherheit auch mit uns ein Prozess sein, den man gemeinsam gestalten muss. Aber wir haben die Materialien, wir haben erste Vorerfahrungen und es lohnt sich einfach aus meiner Sicht. dort mal ein Gespräch zu gehen und dort gemeinsam mal zu schauen, ob für den Anwendungsfall, den ihr jetzt gerade bei euch vorliegen habt, ob das funktioniert und ob das eine wahrscheinlich funktionierende Alternative sein kann, die schnell, eventuell günstig und auch noch gut ist.

Aus der Sicht hoffe ich, dass ich mit dieser Folge wieder einen guten Eindruck geben konnte und mal wieder einen Teil des Anwendungswissens mitgeben konnte. Bedanke mich. und würde sagen, ja, bis zum nächsten Mal.

Mehr zu dieser Folge

3D-gedruckte Spritzgussformen: Prototypen Spritzguss Formen und Lost Molds

In einer früheren Folge hatte ich Juri Müller zu Gast. Wir haben über Spritzgusswerkzeuge mit konturnaher Kühlung gesprochen. Heute gehe ich in eine andere Richtung: Wie lassen sich Spritzgussformen direkt drucken, statt zu fräsen? Und wann ergibt das wirklich Sinn?

3D-Druck und Spritzguss stehen sich in der öffentlichen Wahrnehmung oft als Konkurrenten gegenüber. Das ist aus meiner Sicht falsch. Jede Technologie hat ihre Daseinsberechtigung. Die produktive Frage ist deshalb nicht, welches Verfahren gewinnt, sondern welches für welche Situation das Richtige ist. Und genau da gibt es für gedruckte Spritzgussformen noch eine Menge ungenutztes Potenzial.


Wann braucht man überhaupt eine gedruckte Spritzgussform?

Das typische Szenario sieht so aus: Du brauchst 10, 20 oder 30 Teile aus dem späteren Serienmaterial. Zum Beispiel für einen Zulassungsprozess. Oder für einen Festigkeitsnachweis. Oder weil du verschiedene Geometrievarianten unter realen Bedingungen evaluieren möchtest, bevor du eine endgültige Entscheidung triffst.

Das fertige Serienwerkzeug existiert noch nicht. Ein klassisches Aluminiumprototypenwerkzeug kostet Zeit und Geld. Und ein einfach gedruckter Prototyp aus einem Näherungsmaterial beantwortet die eigentliche Prüffrage nicht, weil das Material eben nicht das Serienmaterial ist. Genau in dieser Lücke greifen gedruckte Spritzgussformen. Sie ermöglichen echte Abschüsse im Originalwerkstoff, zu einem Bruchteil der Kosten eines klassischen Werkzeugs.


Drei Materialklassen, drei Anwendungsfelder

Für gedruckte Spritzgusswerkzeuge kommen nicht alle Materialien in Frage. Es gibt drei Klassen, die sich in Standzeit, Einsatzbereich und Geometriefreiheit deutlich unterscheiden. Alle drei basieren auf MSLA, nicht auf FDM. Die Auflösung, die Materialoptionen und die Oberflächenqualität unterscheiden sich damit grundlegend von dem, was ein FDM-Drucker liefert.

Materialklasse Werkzeugtyp Standzeit Besonderheit
Keramisch gefüllter MSLA-Kunststoff Mehrfachform, wiederverwendbar 20 bis 50 Abschüsse Verarbeitet auch PA6 GF30
Hochtemperatur-Kunststoff (MSLA) Mehrfachform, wiederverwendbar Begrenzt Für höhere Verarbeitungstemperaturen
Wasserlösliches Resin (MSLA) Lost Mold oder Einleger 1 Schuss pro Form Keine Entformungsschrägen nötig

MSLA: Fünf Varianten, eine Druckzeit

Beim MSLA wird die gesamte Druckfläche gleichzeitig belichtet. Nicht Punkt für Punkt, nicht Linie für Linie. Das bedeutet: Es spielt keine Rolle, ob ich einen Werkzeugeinsatz drucke oder fünf, solange alle auf die Druckfläche passen. Die Druckzeit ist exakt die gleiche.

Ein konkretes Beispiel aus der Praxis: Du hast einen Zapfen mit Pilzkopf, der in eine Aufnahme gesteckt wird. Die Ausreißkräfte müssen geprüft werden. Du möchtest drei, vier, fünf verschiedene Geometrievarianten dieses Kopfes unter dem Originalwerkstoff testen, bevor du eine Entscheidung triffst. Beim Fräsen bedeutet das: für jede Variante ein Ober- und Unterteil, also zehn Rohlinge, zehn Aufspannvorgänge, zehn separate Fräsprogramme. Das addiert sich erheblich. Im MSLA passen alle fünf Variantensätze in einen einzigen Druckjob.

Kriterium Gefräste Aluminiumwerkzeuge MSLA-gedruckte Werkzeuge
Rohlinge für 5 Varianten 10 Stück (Ober- und Unterseite je Variante) Keiner, direkt aus dem Drucker
Fräsprogramme 10 separate Programme Kein Fräsprogramm
Druckzeit für 5 Varianten Nicht zutreffend Identisch wie für 1 Variante
Kosten skalieren mit Variantenzahl Ja, linear Nein, Kosten verteilen sich

Am Spritzguss läuft das dann so ab: Maschine einrüsten, Extruder spülen, Originalmaterial einlegen, Füllstudie machen, erste Gutteile herausholen. Dann Werkzeugeinsatz raus, Variante 2 rein, Werkzeug zufahren. Dann Variante 3, 4, 5. Alles innerhalb eines Zyklus, hintereinander weg. Geeignete Maschinen dafür sind kleine Anlagen: Babyplast oder Handspritzgussmaschinen, die sich schnell rüsten lassen.


Wasserlösliche Einleger statt Schieber

Sobald ein Bauteil einen Hinterschnitt enthält, braucht das klassische Spritzgusswerkzeug einen Schieber. Im Prototypenwerkzeug ist ein Schieber aufwendig, teuer und konstruktiv zeitintensiv. Viele machen deshalb kleine Messingplättchen, die bei jedem Schuss neu positioniert und festgeschraubt werden müssen.

Es geht auch anders: wasserlösliche Einleger aus dem 3D-Drucker. Die werden in die Hauptform eingelegt, das Kunststoffteil wird gespritzt, und danach kommen die Teile einfach über Nacht in Wasser. Das Material wird geleeartig, fast wie Wackelpudding. Am nächsten Morgen lässt es sich herausarbeiten, kurz ausblasen, sauber machen, fertig.

Was im 3D-Druck besonders gut funktioniert: Die Einleger können geometrisch komplex gestaltet werden, ohne dass das extra kostet. Kragen oder Haltegeometrien, die das Teil im Werkzeug fixieren, lassen sich direkt mitdrucken. Kein Schrauben, kein Verrutschen. Ein weiterer Nebeneffekt: PA-Teile, die über Nacht im Wasser lagen, sind am nächsten Morgen bereits konditioniert und können direkt geprüft werden. Zwei Fliegen mit einer Klappe.

Konkrete Größenordnung aus der Praxis: Einleger um 5 x 5 mm lassen sich bis zu 50, 60 Stück in einen einzigen Druckjob packen. Stückkosten liegen dann bei wenigen Euro. Lieferzeit ab konstruktiver Freigabe in der Regel zwei bis drei Tage, weil diese Maschinen bei uns weitgehend dauerhaft gerüstet laufen.


Lost Mold: Spritzen ohne Entformungsschrägen

Einen Schritt weiter geht der Lost-Mold-Prozess. Hier wird die gesamte Form aus wasserlöslichem Material gedruckt. Das Teil wird gespritzt. Dann wird die Form in Wasser aufgelöst. Pro Form gibt es genau einen Schuss. Daher der Name: Lost Mold, die Form ist danach verloren.

Das Besondere dabei: Es braucht keine Entformungsschrägen. Keine Radien, keine vollständig werkzeuggerechte Konstruktion. Ich kann das Teil grob zeichnen, eckig, kantig, mit Hinterschnitten, und direkt testen. Das spart nicht nur die Werkzeugkosten, sondern auch die Konstruktionszeit für das vollständig serienreife Bauteildesign.

Gerade wenn ich mehrere Varianten testen will und noch nicht weiß, welche Geometrie am Ende das beste Ergebnis liefert, ist das ein erheblicher Zeitvorteil. Ich konstruiere schnell, drucke parallel, spritze, prüfe. Wenn die Ergebnisse eine Richtung zeigen, wird die Datei angepasst, über Nacht gedruckt, und am nächsten Tag läuft der nächste Versuch.


Größenbereich und Grenzen

Gedruckte Spritzgussformen sind kein Universalwerkzeug. Der praktische Sweetspot liegt bei Teillängen bis etwa 100 mm. Für Bauteile über 200 oder 300 mm fehlt meist der Kostenvorteil gegenüber gefrästen Werkzeugen, und die Standzeit der gedruckten Formen wird ein Problem.

Auch dünne Wanddicken und hohe Einspritzdrücke können Grenzen setzen: Wenn Material mit hoher Fließgeschwindigkeit und hohem Druck in eine Kunststoffformwand geschossen wird, kann diese im ungünstigen Fall reißen. Das passiert nicht bei jeder Geometrie, aber es ist ein Parameter, den man kennen muss.

Was man nicht weiß, kann man nicht vermissen. Deshalb mein Rat: nicht mit dem komplexesten Bauteil einsteigen. Mit einem einfacheren Teil beginnen, eine Lernkurve mitmachen, schrittweise in die Grenzen hineiniterieren. Wir haben das mit verschiedenen Kunden schon gemacht und erste Vorerfahrungen gesammelt, aber niemand steht am Ende der Lernkurve. Das ist ein Prozess, den man gemeinsam gestaltet.


FAQ: Gedruckte Spritzgussformen

Was ist der Unterschied zwischen Lost Mold und einem wasserlöslichen Einleger?

Ein wasserlöslicher Einleger wird in eine vorhandene Hauptform eingelegt und ersetzt dort klassische Schieber für Hinterschnitte. Die Hauptform selbst bleibt erhalten und kann wiederverwendet werden. Lost Mold bedeutet, dass die gesamte Form wasserlöslich ist und nach genau einem Schuss in Wasser aufgelöst wird.

Für welche Teilegröße eignen sich gedruckte Spritzgussformen?

Erfahrungsgemäß gut bis zu einer Teillänge von etwa 100 mm. Bei Bauteilen über 200 oder 300 mm fehlt meist der Kostenvorteil gegenüber gefrästen Werkzeugen, und die Standzeit der gedruckten Formen wird zum Problem.

Welche Spritzgusswerkstoffe lassen sich in keramisch gefüllten MSLA-Formen verarbeiten?

Keramisch gefüllte MSLA-Formen halten schon gefüllte Technopolymere wie PA6 GF30 aus. Hochtemperatur-Sondermaterialien stoßen je nach Verarbeitungstemperatur an Grenzen der Werkzeugstandzeit. Das muss im Einzelfall bewertet werden.

Wie viele Abschüsse liefert ein keramisch gefülltes MSLA-Werkzeug?

In der Praxis sind 20 bis 50 Abschüsse realistisch. Die genaue Zahl hängt von Geometrie, Wanddicke, Einspritzdruck und der Verarbeitungstemperatur des Serienmaterials ab.

Warum ist der MSLA-Paralleldruck bei Varianten günstiger als Fräsen?

Beim MSLA wird die gesamte Druckfläche gleichzeitig belichtet. Fünf Variantensätze kosten exakt die gleiche Druckzeit wie ein einziger Satz. Beim Fräsen brauche ich für fünf Varianten zehn separate Rohlinge, zehn Aufspannvorgänge und zehn verschiedene Fräsprogramme. Das addiert sich erheblich.

Wie schnell sind wasserlösliche Einleger lieferbar?

Ab konstruktiver Freigabe der Einlegergeometrie sind kleine Serien bei uns in der Regel in zwei bis drei Tagen fertig. Die Maschinen für diese Materialien laufen bei uns weitgehend dauerhaft gerüstet.


Was jetzt zu tun ist

Gedruckte Spritzgussformen lösen eine konkrete Lücke: kleine Stückzahlen im Originalwerkstoff, schnelle Variantentests unter Echtbedingungen, Zulassungsteile ohne teures Prototypenwerkzeug. Sie sind kein Allheilmittel, aber für die richtige Situation ein echter Zeitvorteil.

Wenn du gerade in genau dieser Situation steckst, lohnt sich ein kurzes Gespräch. Am besten mit einem einfacheren Bauteil einsteigen, gemeinsam eine Lernkurve gehen und dann schrittweise iterieren. Wir bringen die Materialien und erste Vorerfahrungen mit.

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