Der Unterschied zwischen Spritzgussform und Pressform

Wie Spritzguss- und Pressformen funktionieren: Kernunterschiede der Prozesse

Spritzguss-Prozess: Einspritzen von geschmolzenem Material unter hohem Druck in geschlossene Formen

In kunststoff-Injektionsformerei , wird geschmolzenes Thermoplastik mittels eines Schnecksystems bei einem Druck von deutlich über 20.000 psi in präzise gefertigte, geschlossene Hohlräume gedrückt. Der hohe Druck füllt diese Hohlräume nahezu augenblicklich innerhalb eines Bruchteils einer Sekunde, bevor die schnelle Abkühlung zur Festigung von Bauteilen wie Autoverbindern oder Gehäusen für medizinische Geräte führt. Da während des gesamten Prozesses alles innerhalb der Form versiegelt ist, besteht keine Gefahr einer Materialfreisetzung, wobei dennoch äußerst komplexe Formen realisierbar sind. Die Hersteller können auf Toleranzen von etwa ±0,05 mm vertrauen. Die meisten Zyklen dauern insgesamt zwischen 15 und etwa 60 Sekunden, was dieses Verfahren ideal macht, wenn Unternehmen täglich große Mengen detaillierter Teile mit dünnen Wänden effizient produzieren müssen.

Pressformverfahren: Formen von vorgewärmtem Material durch Hitze und Druck in offenen Formen

Beim Pressformen beginnt der Prozess damit, dass vorgewärmte Duroplastmaterialien wie Sheet Molding Compound (SMC) oder Bulk Molding Compound (BMC) direkt in die beheizten, geöffneten Formen eingelegt werden. Wenn sich die Form schließt, wird typischerweise mit hydraulischen Pressen ein Druck zwischen 500 und 3.000 Pfund pro Quadratzoll aufgebracht. Dieser Druck ermöglicht ein gleichmäßiges Fließen des Materials, ohne eine zu hohe Scherkraft zu erzeugen. Die Funktionsweise als offenes System trägt dazu bei, die Fasern in Verbundwerkstoffen intakt zu halten, verhindert den Abbau von Polymeren und reduziert jene lästigen Eigenspannungen, die Bauteile später schwächen können. Natürlich gibt es dabei auch Kompromisse: Das Material muss manuell zugeführt werden, und jeder Zyklus dauert zwischen einer und fünf Minuten – was nicht gerade eine schnelle Produktion darstellt. Ein weiteres Problem, mit dem Hersteller regelmäßig konfrontiert sind, ist die Bildung von Grat an den Rändern der Formteile, das nachträglich immer zusätzliche Nachbearbeitung zum Abschneiden erfordert.

Wesentliche Unterschiede in Strömungsdynamik, Scherspannung und Hohlraumfüllverhalten

Kritische Unterschiede ergeben sich in drei miteinander verbundenen Bereichen:

Spritzgießen zeichnet sich durch die exakte Reproduktion feiner Strukturen in dünnwandigen Bereichen (<1 mm) aus, während das Pressformen die mechanischen Eigenschaften von faserverstärkten Verbundwerkstoffen besser erhält – validiert durch die Benchmarks der SPE Composites Division. Die Wahl hängt nicht von Überlegenheit ab, sondern davon, ob dimensionale Präzision oder Materialeigenschaften die primäre Konstruktionspriorität darstellen.

Formgestaltung und Werkzeugkomplexität beim Kunststoffspritzguss im Vergleich zum Pressformen

Komponenten von Spritzgussformen: Präzisionshohlräume, Angüsse, Tore und Auswurfsysteme

Die für Spritzgussformen erforderliche Werkzeugtechnik ist äußerst anspruchsvoll. Die gehärteten Stahlhohlräume müssen die exakte Form des Bauteils bis auf Mikron genau wiedergeben. Dann gibt es noch die Angusssysteme, die das heiße Polymer durch Tore leiten, welche die Fließgeschwindigkeit steuern und Probleme wie Spritzen oder Schweisshinterlassenschaften verhindern. Auch die mehrpunktigen Ausstoßsysteme dürfen nicht vergessen werden. Stifte, Hülsen, Heber arbeiten zusammen, um die abgekühlten Teile herauszubekommen, ohne sie zu verziehen. Diese ganze Komplexität ermöglicht es Herstellern, sehr enge Toleranzen einzuhalten und Bauteile mit komplizierten Geometrien herzustellen. Doch seien wir ehrlich: All diese aufwändige Konstruktion hat ihren Preis. Solche Formen machen typischerweise zwischen 40 und 60 Prozent der Kosten aus, die Unternehmen bei der Einführung eines neuen Projekts veranschlagen.

Kompressionsformaufbau: Einfachere Geometrie, kein Angusssystem, jedoch höhere Anforderungen an die Plattenfestigkeit

Beim Preßverfahren entfallen die lästigen Anspritzkanäle, Angüsse und komplizierten Kühlungen, die bei Spritzgussformen erforderlich sind. Dadurch reduzieren sich die anfänglichen Werkzeugkosten erheblich, um etwa die Hälfte bis drei Viertel im Vergleich zu den Kosten des Spritzgießens. Das Verfahren beginnt damit, dass Materialien manuell in offene Kavitäten eingelegt werden. Danach kommen robuste Pressplatten zum Einsatz, die ein Gewicht von 100 bis 300 Tonnen aufweisen und das vorgewärmte Material zusammendrücken. Obwohl Preßformen einfachere Geometrien haben und weniger Zeit zur Herstellung benötigen, erfordern sie deutlich dickere und stabilere Platten. Das bedeutet zusätzliche Kosten für leistungsfähigere Pressen, vermutlich etwa 25 % bis 40 % höhere Investitionskosten für die Ausrüstung. Strömungsprobleme treten bei diesem Verfahren kaum auf, allerdings entsteht während des Prozesses immer etwas Grat. Nach dem Abkühlen muss daher das überschüssige Material manuell abgetragen werden.

Materialverträglichkeit: Thermoplaste beim Spritzgießen vs. Duroplaste beim Preßverfahren

Warum Thermoplaste bei Spritzgussformen für Wiederholbarkeit und Geschwindigkeit dominieren

Das umkehrbare Schmelzverhalten von Thermoplasten passt perfekt zum schnellen thermischen Zyklus des Spritzgießens: Sie verflüssigen sich vorhersagbar unter Hitze, füllen Hohlräume unter Druck und erstarren gleichmäßig beim Abkühlen. Diese physikalische Phasenänderung ermöglicht eine konsistente Wandstärke, wiederholbare Mikrostrukturen und Hochgeschwindigkeitsproduktion über Zehntausende von Zyklen hinweg – ohne chemische Abbaurisiken.

Duroplaste, SMC/BMC und Elastomere: Wo das Pressformen bei der Aushärtungssteuerung überlegen ist

Materialien wie SMC, BMC und einige Hochleistungs-Elastomere fallen in die Kategorie der duroplastischen Polymere. Diese Materialien durchlaufen beim Formen eine sogenannte irreversible Vernetzung. Die Art und Weise, wie diese Materialien auf Scherkraft reagieren, und ihre Reaktion auf Temperaturänderungen über die Zeit bedeuten, dass sie einfach nicht gut mit Spritzgussverfahren funktionieren, bei denen hohe Scherkräfte und schnelle Bewegungen auftreten. Hier kommt das Pressformverfahren ins Spiel. Diese Methode arbeitet langsamer und setzt auf Druck statt auf Geschwindigkeit. Sie ermöglicht eine bessere Kontrolle darüber, wie Wärme sich durch das Material ausbreitet, und trägt zu einer gleichmäßigeren Aushärtung im gesamten Bauteil bei. Dadurch können Hersteller die wichtigen Faserausrichtungen korrekt einstellen und die strukturelle Festigkeit bei großen Bauteilen für Fahrzeuge und Lastkraftwagen in der gesamten Industrie sicherstellen.

Branchendaten: 87 % der SMC-Außenhautbauteile im Automobilbereich verwenden Pressformen

Laut dem SPE Automotive Composites Report (2023) werden 87 % der SMC-Karosserieteile – einschließlich Motorhauben, Kotflügel und Stoßsysteme – über das Preßverfahren hergestellt. Diese Dominanz spiegelt die bewährte Fähigkeit dieser Methode wider, große Bauteile mit Oberfläche der Klasse A und hervorragender Dimensionsstabilität herzustellen, wobei die Kontrolle der Aushärtung und die Fasererhaltung wichtiger sind als kurze Taktzeiten.

Produktionseffizienz und Kosten: Taktzeit, Stückzahl und Werkzeuginvestition

Vergleich der Taktzeiten: 15–60 Sekunden (Spritzguss) vs. 60–300 Sekunden (Preßverfahren)

Spritzgießen erledigt die Dinge viel schneller, da automatisierte Systeme Materialien zuführen, Hohlräume unter Druck füllen und integrierte Kühlmechanismen enthalten. Die meisten komplexen Bauteile kommen innerhalb von nur 15 bis 60 Sekunden fertiggestellt heraus. Das Pressformen funktioniert hingegen anders. Es dauert länger, da die Wärme Zeit benötigt, um sich im Material auszubreiten, und die Chemikalien ausreichend Zeit brauchen, um richtig zu reagieren. Wir sprechen hier von Zykluszeiten, die zwischen 60 Sekunden und manchmal bis zu 5 Minuten liegen können. Untersuchungen zur Kunststoffherstellung zeigen, dass diese zeitlichen Unterschiede bedeuten, dass Spritzgießen drei- bis fünfmal so viele Teile pro Stunde produzieren kann wie Pressformverfahren, wenn alle anderen Faktoren gleich bleiben. Diese Art von Geschwindigkeit macht auf Produktionsflächen tatsächlich einen Unterschied, wo jede Sekunde zählt.

Werkzeugkostenanalyse: 25.000–250.000 $ für Spritzgussformen gegenüber 10.000–80.000 $ für Pressformen

Die Werkzeuge für das Spritzgießen sind in der Regel teuer und liegen je nach Komplexität zwischen 25.000 und 250.000 US-Dollar. Diese Kosten entstehen durch Faktoren wie präzise gefräste Kavitäten, exakte Ausrichtung mehrerer Kavitäten, aufwendige formgerechte Kühlkanäle sowie leistungsstarke Auswerfmechanismen, die bei jeder Produktion qualitativ hochwertige Teile sicherstellen. Bei Druckgussformen sieht die Situation anders aus. Sie benötigen weder Läufer noch Angüsse und verfügen auch nicht über komplexe Kühlsysteme, wodurch sich ihre Kosten deutlich auf etwa 10.000 bis 80.000 US-Dollar reduzieren. Beim Thema Haltbarkeit hingegen besteht ein großer Unterschied. Gehärtete Stahl-Spritzgusswerkzeuge können problemlos mehrere Millionen Produktionszyklen lang eingesetzt werden. Druckgusswerkzeuge stehen einer völlig anderen Realität gegenüber. Sie werden während jedes Presszyklus durch ständige Temperaturschwankungen und abrasives SMC-Material stark belastet, sodass die meisten bereits nach wenigen tausend Einsätzen ersetzt werden müssen.

Geeignetheit nach Stückzahl: Große Serien bevorzugen Spritzgussformen; mittlere Losgrößen eignen sich für Pressformen

Für Anwendungen mit hohem Produktionsvolumen ergibt jede im Zyklus eingesparte Sekunde etwa 18 $/Stunde an betrieblichen Einsparungen im industriellen Maßstab – was die Rendite beim Spritzgießen überzeugend macht. Das Pressformen wird wirtschaftlich sinnvoll bei mittleren Losgrößen, bei denen vereinfachte Werkzeuge das finanzielle Risiko senken und längere Durchlaufzeiten zulassen.

Bauteilqualität, Toleranzen und konstruktive Einschränkungen je nach Formverfahren

Konstruktionskomplexität: Dünne Wände, Hinterschneidungen und Skalierbarkeit bei Mehrfachkavitäten im Kunststoffspritzguss

Die Gestaltungsmöglichkeiten beim Spritzgießen von Kunststoffen sind ziemlich beeindruckend. Dünne Wände mit einer Stärke von etwa einem halben Millimeter, komplexe Hinterschneidungen, feine Oberflächenstrukturen und mehrere Kavitäten in einer einzigen Form – all das realisieren Hersteller heutzutage regelmäßig. Was macht dies möglich? Eine gut kontrollierte Schmelzeflussführung, kombiniert mit hohem Kavitationsdruck sowie präzisen Auswerfsystemen, ermöglicht es Fabriken, identische Teile in großen Stückzahlen herzustellen – etwas, das mit traditionellen manuellen Verfahren oder solchen mit geringerer Scherbelastung einfach nicht erreichbar ist. Und wenn Unternehmen mit speziell formulierten Thermoplasten arbeiten und gleichzeitig ihre Verarbeitungsparameter genau abstimmen, bleiben selbst die feinsten Details dimensionsstabil und behalten über mehrere Produktionsdurchläufe hinweg ihre vorgesehene Oberflächenqualität bei.

Einschränkungen beim Preßformen: Gratbildung, gleichmäßige Wandstärke und Grenzen bei der Ausprägung von Geometrien

Die Teilequalität beim Pressformen steht vor mehreren realen Einschränkungen, mit denen Hersteller umgehen müssen. Entlang der Trennlinien bildet sich aufgrund der offenen Geometrie der Form regelmäßig Grat, was zusätzlichen Aufwand für Nachbearbeitungsschritte wie das Entgraten bedeutet. Eine gleichmäßige Wanddicke ist ebenfalls von großer Bedeutung. Bei ungleichmäßiger Dicke härten verschiedene Bereiche unterschiedlich schnell aus, was zu Problemen wie Verzug oder Stellen führen kann, an denen das Material nicht vollständig vernetzt wurde. Feine Details verschwinden zunehmend, sobald die Auflösung etwa 1 mm oder darunter erreicht. Scharfe Ecken werden abgerundet, Oberflächenstrukturen verlieren an Schärfe, und komplexe Muster bleiben nicht so gut erhalten, wie erforderlich. All diese Probleme resultieren im Wesentlichen daraus, dass der Druck während des Verfahrens nur einseitig aufgebracht wird, und zudem kaum Verbesserung der Fließeigenschaften durch Scherkräfte erzielt wird.

Präzisionsbenchmark: ±0,05 mm (Spritzguss) gegenüber ±0,2 mm (Kompressionsformung) gemäß ISO 20457-2022

Laut der Norm ISO 20457-2022 kann das Kunststoffspritzgießen eine Maßgenauigkeit von etwa ±0,05 mm erreichen, was es unverzichtbar für Anwendungen wie Luftfahrtverbindungselemente, Gehäuseteile für medizinische Diagnosesysteme und winzige Komponenten in mikrofluidischen Systemen macht. Die Kompressionsformung ist hingegen weniger präzise und weist eine durchschnittliche Abweichung von etwa ±0,2 mm auf. Warum? Hier spielen mehrere Faktoren eine Rolle, darunter die manuelle Platzierung von Vorformlingen, unterschiedliche Ausdehnungsverhalten der Materialien beim Erhitzen sowie Verbiegungen oder Durchbiegungen der Formen unter lang andauerndem Druck. Der Unterschied zwischen diesen Toleranzen ist beträchtlich und erklärt, warum die meisten Hersteller beim Spritzgießen bleiben, wenn sie über große Losgrößen – typischerweise ab etwa 10.000 Einheiten – hinweg konsistente Ergebnisse im Bereich von Bruchteilen eines Millimeters benötigen.

FAQ-Bereich

Was ist der Hauptunterschied zwischen Spritzguss und Pressformverfahren?

Beim Spritzguss wird ein hoher Druck verwendet, um geschlossene Formen schnell zu füllen, während beim Pressformverfahren Wärme und niedrigerer Druck in offenen Formen eingesetzt werden, um Materialien zu formen.

Warum werden Thermoplaste beim Spritzguss bevorzugt?

Thermoplaste weisen ein reversibles Schmelzverhalten auf, das sich für die schnellen thermischen Zyklen des Spritzgießens eignet und eine gleichmäßige Wanddicke sowie Hochgeschwindigkeitsproduktion ermöglicht.

Wobei überzeugt das Pressformverfahren?

Das Pressformverfahren überzeugt durch bessere Aushärtungskontrolle und eignet sich daher ideal für duromere Polymere, die eine langsamere und gleichmäßigere Wärmeverteilung sowie Druck benötigen.

Wie sieht die typische Zykluszeit beim Spritzguss im Vergleich zum Pressformverfahren aus?

Die Zykluszeiten beim Spritzguss betragen typischerweise 15 bis 60 Sekunden, während das Pressformverfahren 60 Sekunden bis 5 Minuten dauern kann.

Welche Kostenunterschiede bestehen bei den Werkzeugen für die beiden Formgebungsverfahren?

Die Kosten für Spritzgusswerkzeuge liegen zwischen 25.000 $ und 250.000 $, während die Kosten für Preßformwerkzeuge zwischen 10.000 $ und 80.000 $ liegen.