Technologievergleich: 3D-Druck, Vakuumguss, Rapid Tooling & CNC
Wann ist ein additiver Prototyp ausreichend und ab wann lohnt sich der Schritt zum Vakuumguss oder zu gefrästen Stammformeinsätzen im Spritzguss? Eine ingenieurtechnische Orientierungshilfe für Entwicklungs- und Projektleiter.
Entscheidungskriterien für die Verfahrenswahl
In der industriellen Produktentwicklung entscheidet die Wahl des passenden Prototypen- und Kleinserienverfahrens maßgeblich über Entwicklungsgeschwindigkeit, Prüfaussage und Budget. Die cirp GmbH vereint in Heimsheim alle vier Kerntechnologien unter einem Dach. Dadurch können wir Bauteile neutral nach ihren technischen Anforderungen beurteilen, statt Projekte in ein bestimmtes Standardverfahren zu drängen.
| Fertigungsverfahren | Typische Stückzahl | Werkstoffbasis | Original-Serienwerkstoff? | Oberfläche & Finish | Ideale Projektphase |
|---|---|---|---|---|---|
| 3D-Druck (SLA) → | 1 Stück bis Kleinserie | Photopolymer-Harze (glasklar, ABS-/PP-ähnlich, hitzebeständig) | Nein (Photopolymer-Harz) | Sehr glatt (Schichtstärke ab 0,05 mm), lackierfähig | Design- & Anschauungsmodell, Strömungs- & Lichtleiterprüfung |
| 3D-Druck (SLS) → | 1 Stück bis Kleinserie | Polyamid 12 (PA 2200), Alumide, TPU, PA12cf | Teilweise (Serienthermoplaste wie PA12, TPU) | Leicht rau/körnig, gleitschleif- & färbbar | Funktionsprototypen, Montage- & Schnapphakenprüfungen |
| Vakuumguss (PUR) → | Muster- & Kleinserie (werkzeugabhängig) | 2K-Polyurethan-Gießharze (Shore A Elastomere & Shore D Formharze) | Nein (PUR-Simulate mit Eigenschaften ähnlich ABS, PP, Elastomeren) | Sehr gut (Mastermodell-Abformung, strukturiert oder glänzend) | Vorserien, Haptikmuster, Feldtests, Einlegeteile |
| Rapid Tooling & Spritzguss → | Vorserie bis Serie (werkzeugabhängig) | Serien-Thermoplaste: PP, ABS, PA, TPU und TPE | Ja (Serien-Thermoplaste) | Definiert (VDI 3400 Narbung, Hochglanz, Erodierstruktur) | Validierte Vorserie, Erprobung, Kleinserie |
| 5-Achs CNC-Zerspanung → | Einzelteil bis Kleinserie | Hochfestes Aluminium (insbesondere EN AW-7075 / 3.4365) | Ja (Hochfestes Aluminium) | Definierte Rauheit (Frässtruktur oder Glasperlengestrahlt, Maßtoleranz bis IT6) | Mechanische Funktionsbauteile, Werkzeugeinsätze, Hybridschlichten |
Detaillierte Analyse der Verfahren
1. Additiver 3D-Druck (SLA & SLS)
Der werkzeuglose 3D-Druck erlaubt es, direkt aus CAD-Daten physische Bauteile in kurzer Zeit aufzubauen.
- Stereolithographie (SLA): Hohe Detailauflösung und glatte Oberflächen. Ideal für optische Prüfungen, transparente Sichtbauteile (Accura ClearVue) und Bauräume bis 750 × 750 × 550 mm auf der 3D Systems SLA 750.
- Selektives Lasersintern (SLS): Mechanisch robuste Bauteile aus Polyamid 12 (PA 2200, Alumide, TPU). Ideal für Schnapphaken, Verschraubungen und Funktionsprüfungen im Motor- oder Innenraum.
Wichtig: Photopolymere im SLA altern unter UV-Einfluss; SLS-Bauteile weisen eine leicht körnige Oberflächenstruktur auf, die für Sichtanwendungen geglättet oder lackiert werden sollte.
2. Vakuumguss in Silikonformen
Vakuumguss schließt die technologische Lücke zwischen Einzelprototyp und Spritzguss. Auf Basis eines hochpräzisen Urmodells (meist SLA) wird eine elastische Silikonform gegossen, in der unter Vakuum 2K-Polyurethanharze verarbeitet werden.
- Einsatzbereich: Musterserien und Kleinserien, bei denen mehrere identische Teile benötigt werden.
- Werkstoffvielfalt: Simulation technischer Thermoplaste mit PUR-Systemen (Elastomere in Shore A sowie formstabile Bauteile in Shore D ähnlich ABS oder PP).
- Besonderheiten: Feine Oberflächenstrukturen (z. B. Leder- oder Erodiernarben des Urmodells) werden detailgetreu übertragen. Hinterschnitte können dank der Elastizität des Silikons oft ohne aufwendige Schieber entformt werden.
3. Rapid Tooling & Spritzguss (Originalwerkstoff)
Wenn Bauteile reale Serien-Thermoplaste (z. B. PP, ABS, PA, TPU oder TPE) erfordern oder größere Stückzahlen benötigt werden, bietet das Spritzgießen verlässliche Serienbedingungen.
- Inhouse-Aluminiumformen: CIRP fräst Werkzeugeinsätze aus hochfestem Aluminium (EN AW-7075), die in standardisierte Stammformen integriert werden.
- Maschinenpark: ARBURG- und Demag-Spritzgießmaschinen mit Schließkräften von 100 t bis 450 t (Schussgewicht bis ca. 1.700 g PS auf Sumitomo-Demag IntElect 450-3000).
- Vorteil: Serienidentische Schwindung, Faserorientierung und Temperaturbeständigkeit mit echten Serienpolymeren.
4. 5-Achs CNC-Zerspanung (Hermle C400 & C42U)
Für Bauteile mit engsten Maßtoleranzen (bis IT6), plane Dichtflächen oder Formeinsätze für den hauseigenen Werkzeugbau betreibt CIRP vollklimatisierte 5-Achs-HSC-Bearbeitungszentren. Im Zerspanungsbereich fokussieren wir uns auf hochfeste Aluminiumlegierungen (EN AW-7075 / 3.4365).
Details zur 5-Achs CNC-Bearbeitung →Fazit: Welcher Weg ist der richtige für Ihr Bauteil?
Für frühe Konzeptteile ist additiver 3D-Druck meist besonders schnell und flexibel. Bei kleineren Serien mit speziellen Haptik- oder Farbwünschen bietet Vakuumguss eine bewährte Lösung. Sobald mechanische Serienbelastungen, spezifische Serien-Thermoplaste oder höhere Stückzahlen im Fokus stehen, empfiehlt sich Rapid Tooling im Spritzguss.
Unsere Fertigungsingenieure prüfen Ihre Geometriedaten kostenfrei und empfehlen herstellerneutral die technisch und wirtschaftlich beste Lösung.