Thermoformen und Spritzguss im direkten Vergleich
Thermoformen und Spritzguss unterscheiden sich vor allem bei Werkzeugkonzept, Bauteilgröße, Stückzahl, Gestaltungsfreiheit und Wirtschaftlichkeit. Die folgende Gegenüberstellung zeigt die wichtigsten Unterschiede beider Fertigungsverfahren. Die angegebenen Stückzahlbereiche dienen der Orientierung. Die Wirtschaftlichkeit hängt unter anderem von Bauteilgröße, Geometrie, Material, Werkzeugaufwand und Nachbearbeitung ab.
| Parameter | Thermoformen | Parameter | Spritzguss |
|---|---|---|---|
| WERKZEUG | WERKZEUG | ||
| Werkzeugkosten | Niedrig bis mittel | Werkzeugkosten | hoch |
| Werkzeugherstellung | vergleichsweise einfach und schnell | Werkzeugherstellung | aufwendig und komplex |
| Änderungen | häufig mit vergleichsweise geringem Aufwand möglich | Änderungen | eingeschränkt möglich |
| Werkzeugaufbau | vergleichsweise einfacher Werkzeugaufbau | Werkzeugaufbau | komplex, meist mehrteilig |
| MATERIAL | Große Auswahlmöglichkeit an Kunststoffen in Bezug auf Stabilität, Temperaturbeständigkeit, Witterungsbeständigkeit, Chemikalienbeständigkeit und Brandschutzverhalten. Auch faserverstärkte, flammgeschützte oder UV-beständige Werkstoffe möglich. | MATERIAL | Große Auswahlmöglichkeiten an Kunststoffen in Bezug auf Stabilität, Temperaturbeständigkeit, Witterungsbeständigkeit, Chemikalienbeständigkeit und Brandschutzverhalten. Auch faserverstärkte, flammgeschützte oder UV-beständige Werkstoffe möglich. |
| GRÖSSE | GRÖSSE | ||
| Kleine Bauteile | Technisch möglich, wirtschaftlich häufig nicht ideal. | Kleine Bauteile | Ideal bereits ab mittleren Stückzahlen |
| Mittelgroße Bauteile | Besonders wirtschaftlich für mittelgroße Kunststoffbauteile. Bei Hesse Thermoformung fertigen wir Bauteile ab etwa 300 × 300 mm wirtschaftlich in kleinen bis mittleren Serien. | Mittelgroße Bauteile | Wirtschaftlich bei höheren Stückzahlen |
| Große Bauteile | Besonders wirtschaftlich fertigen wir großformatige Kunststoffbauteile ab etwa 1200 × 800 mm (ähnlich einer Europalette). Gerade in diesem Größenbereich spielt das Thermoformen seine Vorteile gegenüber anderen Fertigungsverfahren besonders aus. | Große Bauteile | Technisch möglich, wirtschaftlich meist nur bei hohen Serien |
| MENGE | MENGE | ||
| Prototyp | Sehr gut geeignet | Prototyp | aufgrund hoher Werkzeugkosten häufig unwirtschaftlich |
| Kleine Serien | Geeignet ab ca. 50 - 200 St. abhängig von der Größe des Bauteils | Kleine Serien | häufig hohe Werkzeugkosten im Verhältnis zur Stückzahl |
| Mittlere Serie | Sehr wirtschaftlich ab ca. 200 - 1.000 St. | Mittlere Serie | Wirtschaftlichkeit abhängig von der Bauteilgröße, Werkzeugkosten und Stückzahl |
| Großserie | Je nach Bauteilgröße und Geometrie auch bei ca. 1.000 - 10.000 St. und darüber hinaus wirtschaftlich | Großserie | Sehr wirtschaftlich ab ca. 10.000 St. |
| STÜCKKOSTEN | STÜCKKOSTEN | ||
| Kleinserie | Vergleichsweise günstig | Kleinserie | häufig hohe Stückkosten durch Werkzeugamortisation |
| Mittlere Serie | häufig sehr wirtschaftlich | Mittlere Serie | Wirtschaftlichkeit abhängig von Werkzeugkosten und Stückzahl |
| Großserie | wirtschaftlich insbesondere bei großformatigen Kunststoffbauteilen (z. B. ab 1200 × 800 × 150 mm) | Großserie | häufig sehr wirtschaftlich |
| GEOMETRIE | Dreidimensionale Formteile möglich, Hinterschneidungen nur eingeschränkt möglich, Anbringung von Versteifungen und Halterungen nachträglich durch Montage (Kleben, Schweißen) möglich | GEOMETRIE | Dreidimensionale Formteile inkl. Hinterschneidungen, Versteifungen und Halterungen |
| OPTIK/HAPTIK | OPTIK/HAPTIK | ||
| Farbe | Große Farbauswahl über das Plattenmaterial möglich | Farbe | Große Farbauswahl über das Kunststoffgranulat möglich |
| Glanzgrad | Verschiedene Glanzgrade von glänzend bis matt möglich. | Glanzgrad | Verschiedene Glanzgrade von glänzend bis matt möglich. |
| Oberflächen | Zahlreiche Oberflächentexturen von glatt bis genarbt möglich. | Oberflächen | Zahlreiche Oberflächentexturen von glatt bis genarbt möglich. |
| EIGENSCHAFTEN | EIGENSCHAFTEN | ||
| Mechanische Eigenschaften | Geringes Gewicht sowie – abhängig vom verwendeten Kunststoff – mittlere bis hohe Biege- und Zugfestigkeit sowie Oberflächenhärte. | Mechanische Eigenschaften | Geringes Gewicht sowie – abhängig vom verwendeten Kunststoff – mittlere bis hohe Biege- und Zugfestigkeit sowie Oberflächenhärte. |
| Elektrische Eigenschaften | Viele thermoplastische Kunststoffe sind elektrisch isolierend; durch entsprechende Additive sind auch elektrisch leitfähige bzw. ableitfähige Werkstoffe möglich | Elektrische Eigenschaften | Viele thermoplastische Kunststoffe sind elektrisch isolierend; durch entsprechende Additive sind auch elektrisch leitfähige bzw. ableitfähige Werkstoffe möglich |
| Thermische Eigenschaften | Geringe Wärmeleitfähigkeit | Thermische Eigenschaften | Geringe Wärmeleitfähigkeit |
| Chemische Eigenschaften | Mittlere bis sehr hohe Chemikalienbeständigkeit je nach Kunststofftyp | Chemische Eigenschaften | Mittlere bis sehr hohe Chemikalienbeständigkeit je nach Kunststofftyp |
| Brandverhalten | Je nach Kunststofftyp und Flammschutzausrüstung bis UL 94 V-0 bzw. weiteren Brandschutzklassen erhältlich | Brandverhalten | Je nach Kunststofftyp und Flammschutzausrüstung bis UL 94 V-0 bzw. weiteren Brandschutzklassen erhältlich |
| NACHBEARBEITUNG | In der Regel erforderlich, z. B. CNC-Fräsen, Bohren oder Stanzen, eine zusätzliche Oberflächenbehandlung ist häufig nicht erforderlich, aber möglich | NACHBEARBEITUNG | In der Regel ist nur eine geringe Nachbearbeitung erforderlich. Weitere Bearbeitungs- oder Oberflächenbehandlungsschritte sind je nach Bauteil und Anwendung möglich |
| PROTOTYP | Sehr gut geeignet | PROTOTYP | Aufgrund hoher Werkzeugkosten häufig unwirtschaftlich |
| ENTWICKLUNGSZEIT | Kurz durch vergleichsweise einfach und schnell herstellbare Werkzeuge | ENTWICKLUNGSZEIT | Lang durch aufwendige Werkzeugkonstruktion und -herstellung |
| ZYKLUS | Kurz | ZYKLUS | Sehr kurz |
| RÜSTZEIT | Kurz | RÜSTZEIT | Mittel bis lang |
Vorteile des Thermoformens gegenüber Spritzguss
Das Kunststoff-Tiefziehen kann insbesondere bei mittelgroßen und großen Kunststoffbauteilen sowie kleinen bis mittleren Serien wirtschaftliche Vorteile gegenüber dem Spritzguss bieten. Entscheidend sind dabei vor allem Bauteilgröße, Werkzeugkosten, Stückzahl und die erforderliche Flexibilität bei Entwicklung und Änderungen.
Mittelgroße und große Kunststoffteile
Mit zunehmender Bauteilgröße verändern sich die technischen und wirtschaftlichen Anforderungen an das Fertigungsverfahren. Das Kunststoff-Tiefziehen kann bereits bei mittelgroßen und insbesondere bei großen Kunststoffbauteilen Vorteile bieten, da sich großflächige Formteile mit vergleichsweise einfachen Werkzeugkonzepten herstellen lassen.
Beim Spritzguss steigen mit zunehmender Bauteilgröße dagegen die Anforderungen an das Spritzgusswerkzeug erheblich. Große Kunststoffbauteile erfordern entsprechend dimensionierte und komplexe Werkzeuge, wodurch Werkzeugaufwand und Investitionskosten deutlich zunehmen können.
Gerade bei großen Kunststoffverkleidungen, Kunststoffgehäusen und Kunststoffabdeckungen kann das Thermoformen deshalb eine technisch und wirtschaftlich interessante Alternative zum Spritzguss sein.
Ob Thermoformen oder Spritzguss für ein konkretes Kunststoffteil besser geeignet ist, hängt jedoch nicht allein von der Bauteilgröße ab. Auch Stückzahl, Geometrie, Wandstärke, Material, Oberflächenanforderungen und die erforderliche Funktionsintegration müssen berücksichtigt werden.
Geringe Werkzeugkosten
Beim Thermoformen sind die Werkzeugkosten in der Regel deutlich geringer als beim Spritzguss. Tiefziehwerkzeuge sind konstruktiv vergleichsweise einfach aufgebaut. Auch nachträgliche Änderungen an der Bauteilgeometrie lassen sich deshalb häufig mit geringerem Aufwand am Werkzeug umsetzen.
Spritzgusswerkzeuge sind dagegen wesentlich komplexer aufgebaut und müssen den hohen Drücken und Kräften des Spritzgießprozesses standhalten. Änderungen können entsprechend aufwendiger sein, insbesondere wenn neben der Formkontur weitere Werkzeugfunktionen betroffen sind.
Die geringeren Werkzeugkosten können insbesondere bei kleineren und mittleren Produktionsmengen einen wesentlichen wirtschaftlichen Vorteil des Thermoformens darstellen.
Kleine und mittlere Stückzahlen
Thermoformen kann insbesondere bei kleinen und mittleren Stückzahlen wirtschaftliche Vorteile gegenüber dem Spritzguss bieten. Die vergleichsweise geringen Investitionen in Tiefziehwerkzeuge ermöglichen es, die Werkzeugkosten bereits auf kleinere Produktionsmengen zu verteilen. Dadurch eignet sich das Kunststoff-Tiefziehen auch für Kleinserien und Projekte mit überschaubaren Jahresstückzahlen.
Beim Spritzguss müssen die in der Regel höheren Werkzeugkosten über die produzierte Stückzahl amortisiert werden. Mit zunehmender Produktionsmenge verliert dieser Kostenunterschied an Bedeutung, sodass der Spritzguss bei entsprechend hohen Stückzahlen wirtschaftliche Vorteile entwickeln kann.
Eine allgemeingültige Stückzahlgrenze gibt es jedoch nicht. Bauteilgröße, Geometrie, Werkzeugaufwand und Nachbearbeitung beeinflussen, bei welcher Stückzahl Thermoformen oder Spritzguss wirtschaftlicher ist.
Flexible Änderungen und kurze Entwicklungszeiten
Thermoformen ermöglicht häufig kürzere Entwicklungszeiten und eine hohe Flexibilität bei nachträglichen Bauteiländerungen. Durch den vergleichsweise einfachen Aufbau der Tiefziehwerkzeuge lassen sich Anpassungen an der Bauteilgeometrie oftmals mit geringerem Aufwand umsetzen. Das kann insbesondere während der Produktentwicklung sowie bei späteren Varianten und Modelländerungen von Vorteil sein.
Beim Spritzguss sind Änderungen am Werkzeug aufgrund des komplexeren Werkzeugaufbaus häufig aufwendiger. Je nach Änderung können neben der eigentlichen Formkontur weitere Werkzeugfunktionen betroffen sein, wodurch Anpassungen mit höheren Kosten und längeren Änderungszeiten verbunden sein können.
Das Kunststoff-Tiefziehen bietet dadurch Vorteile für Projekte, bei denen kurze Entwicklungszyklen, unterschiedliche Bauteilvarianten oder Änderungen während des Produktlebenszyklus eine wichtige Rolle spielen.
Entscheidungshilfe: Thermoformen oder Spritzguss – welches Verfahren eignet sich für Ihr Bauteil?
Welches Verfahren für ein Kunststoffbauteil besser geeignet ist, hängt vom Zusammenspiel verschiedener Anforderungen ab. Die folgende Übersicht zeigt, welches Verfahren bei typischen Entscheidungskriterien tendenziell Vorteile bietet.
| Anforderung | Thermoformen | Spritzguss |
|---|---|---|
| Mittelgroße und große Kunststoffteile | besonders geeignet | möglich, höherer Werkzeugaufwand |
| Kleine und mittlere Stückzahlen | häufig wirtschaftlich | abhängig von Werkzeuginvestition |
| Geringe Werkzeugkosten | vergleichsweise geringe Investition | vergleichsweise hohe Investition |
| Änderungen / Varianten | flexibel | häufig aufwendiger |
| Hohe Stückzahlen | möglich | häufig wirtschaftlicher |
| Komplexe Funktionsintegrationen | begrenzt | Vorteil |
| Kurze Zykluszeiten | längere Zykluszeiten | Vorteil |
Sie vergleichen Kunststoff auch mit Metall? Erfahren Sie, wann Thermoformen eine Alternative zu Metall sein kann und welche Unterschiede bei Gewicht, Werkzeugkosten, Oberflächen und technischen Eigenschaften bestehen.
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