Hoe de spuitgietkosten te schatten?

Het korte antwoord:kunststof spuitgietmatrijzen kosten ergens tussen de $ 100 voor een 3D-geprinte spuitgietmatrijs met een laag volume tot $ 100.000 + voor een complexe stalen mal met meerdere holtes voor productie van grote volumes, wat over het algemeen de belangrijkste vaste opstartkosten bij injectie vertegenwoordigt vormen. Omdat deze kosten echter worden verdeeld over honderden of duizenden onderdelen, is spuitgieten een ideaal proces om plastic onderdelen op een betaalbare manier in massa te produceren.

In deze gids geven we een uitgebreid overzicht van de verschillende factoren die de totale spuitgietkosten vormen.

Inleiding:hoeveel kost spuitgieten?

Spuitgieten is een van de leidende processen voor het vervaardigen van kunststoffen. Het wordt veel gebruikt voor de massaproductie van identieke onderdelen met nauwe toleranties. Het is een kosteneffectieve en uiterst herhaalbare technologie die hoogwaardige onderdelen oplevert voor grote serieproductie.

Het is een snel, intensief proces waarbij hoge hitte en druk nodig zijn om gesmolten materiaal in een mal te injecteren. Het gesmolten materiaal is afhankelijk van de omvang van het fabricageproject. De meest populaire materialen zijn verschillende thermoplasten, zoals ABS, PS, PE, PC, PP of TPU, maar ook metalen en keramiek kunnen worden gespuitgiet. De mal bestaat uit een holte die het geïnjecteerde gesmolten materiaal herbergt en is ontworpen om de uiteindelijke kenmerken van een onderdeel nauwkeurig te weerspiegelen.

Normaal gesproken zijn de belangrijkste kostenfactoren bij spuitgieten de kosten van de matrijs, ook wel de gereedschapskosten genoemd. De kosten van het ontwerpen en bouwen van een matrijs zijn afhankelijk van het vereiste productievolume, de complexiteit van het onderdeelontwerp, het matrijsmateriaal en het proces dat wordt gebruikt om de matrijs te maken.

Eenvoudige 3D-geprinte mallen met een laag volume kunnen slechts $ 100 kosten, terwijl de kosten van het ontwerpen en vervaardigen van complexe mallen voor de productie van grote volumes de $ 100.000 kunnen bereiken. Ondanks de aanzienlijke vaste opstartkosten heeft het spuitgietproces lage variabele kosten vanwege de goedkope thermoplastische materialen, korte cyclustijden en neemt de arbeidsbehoefte geleidelijk af door automatisering en schaalvoordelen. Dit betekent dat de variabele productiekosten laag zijn en het proces efficiënter wordt en de kosten per onderdeel dalen bij hogere volumes, aangezien de kosten worden verdeeld over honderden of duizenden onderdelen.

In deze video werken we samen met spuitgietserviceprovider Multiplus om u door de stappen van het spuitgietproces te leiden met behulp van 3D-geprinte matrijzen .

Soorten kosten bij spuitgieten

Het begrijpen van de verschillende soorten kosten die gepaard gaan met spuitgieten, vereist een diepgaande analyse van het proces.

Apparatuurkosten

Voor het spuitgieten worden machines voor speciale doeleinden gebruikt, variërend van kleinere desktop-spuitgietmachines die bedrijven in-house kunnen gebruiken tot grote industriële spuitgietmachines die meestal worden bediend door serviceproviders, contractfabrikanten en grote fabrikanten.

Het produceren van kleine volumes onderdelen met spuitgieten is het meest kosteneffectief met kleinere desktop spuitgietmachines en 3D-geprinte matrijzen. Als spuitgieten nieuw voor u is en u wilt het testen met een beperkte investering, dan kan het gebruik van een handmatige spuitgietmachine op een tafel, zoals de Holipress of de Galomb Model-B100, een goede optie zijn. Geautomatiseerde kleinschalige spuitgietapparatuur zoals de desktopmachine Micromolder of de hydraulische machine Babyplast 10/12 zijn goede alternatieven voor middelgrote serieproductie van kleine onderdelen.

Grote industriële spuitgietmachines kunnen tussen de $ 50.000 en $ 200.000 + kosten. Deze machines worden ook geleverd met strengere faciliteitsvereisten en vereisen geschoolde arbeidskrachten voor bediening, onderhoud en bewaking. Als gevolg hiervan, tenzij spuitgieten een kerncompetentie is, besteden de meeste ondernemingen massaproductie uit aan dienstverleners en contractfabrikanten, in welk geval de apparatuurkosten worden opgenomen in de servicekosten.

Matrijskosten (gereedschapskosten)

Zoals we in de inleiding al zeiden, zijn matrijskosten of gereedschapskosten meestal de belangrijkste kostenfactor bij spuitgieten.

Matrijzen voor spuitgieten worden over het algemeen op drie manieren gemaakt:

• CNC-bewerking: CNC-machines zijn de meest gebruikte gereedschappen voor het vervaardigen van mallen van aluminium en roestvrij staal met hoge precisie. CNC-bewerking verwijdert materiaal door een draaiend gereedschap en een vast onderdeel. Machinale bewerking kan matrijzen produceren waarbij het ontwerp van de holte zeer complex is, maar er kunnen meerdere gereedschapswisselingen nodig zijn die het proces kunnen vertragen, wat betekent dat de kosten toenemen in lijn met de complexiteit. CNC-machines zijn industriële gereedschappen die geschoolde arbeidskrachten en een speciale ruimte vereisen, wat betekent dat veel bedrijven de matrijzenproductie uitbesteden aan dienstverleners.

• Elektrische ontladingsbewerking (EDM): De EDM-methode wordt over het algemeen gebruikt om zeer complexe matrijsontwerpen te maken die niet gemakkelijk kunnen worden gereproduceerd met standaard bewerkingsmethoden. EDM omvat het gebruik van een werkstuk en een gereedschapselektrode om de gewenste vormvorm te creëren. De gereedschapselektrode en werkstukelektrode worden gescheiden door een diëlektrische vloeistof en onderworpen aan spanningen die terugkerende stroomontladingen veroorzaken. De ontladingen zijn verantwoordelijk voor het vormen van de werkstukelektrode tot de uiteindelijke mal. EDM is zeer nauwkeurig en vereist over het algemeen geen extra nabewerking. Net als CNC-bewerking, is EDM ook een industrieel proces dat veel bedrijven uitbesteden aan machinewerkplaatsen.

• 3D-printen: 3D-printen is een krachtige oplossing om snel en tegen lage kosten spuitgietmatrijzen te vervaardigen. Het vereist zeer beperkte apparatuur, wat de CNC-tijd en bekwame operators in de tussentijd bespaart voor andere hoogwaardige taken. Fabrikanten kunnen profiteren van de snelheid en flexibiliteit van in-house 3D-printen om matrijzen te maken die op zowel desktop- als industriële vormmachines kunnen worden gebruikt. Bovendien profiteert productontwikkeling van de mogelijkheid om het ontwerp te herhalen en het eindgebruiksmateriaal te testen voordat wordt geïnvesteerd in hard gereedschap voor massaproductie. Stereolithografie (SLA) 3D-printtechnologie is een uitstekende keuze voor spuitgieten. Het wordt gekenmerkt door een gladde oppervlakteafwerking en een hoge precisie die de mal zal overbrengen naar het uiteindelijke onderdeel en dat ook het ontvormen vergemakkelijkt. 3D-prints geproduceerd door stereolithografie zijn chemisch gebonden zodat ze volledig dicht en isotroop zijn. Desktop SLA-printers, zoals die worden aangeboden door Formlabs, beginnen onder $ 5.000 en kunnen naadloos worden geïntegreerd in elke spuitgietworkflow omdat ze eenvoudig te implementeren, bedienen en onderhouden zijn.

Met 3D-geprinte mallen kunnen binnen een paar dagen meer dan 100 onderdelen betaalbaar worden geproduceerd.

Het ontwikkelen van complexere matrijzen vereist technische expertise. Als gevolg hiervan besteden ondernemingen vaak specifieke aspecten van het spuitgietproces uit, zoals het ontwerp en de fabricage van de matrijs.

Voor bedrijven met de apparatuur en gereedschappen voor spuitgieten, zou de keuze om zelf matrijzen te maken de goedkoopste optie kunnen zijn als de technische knowhow ook beschikbaar is. Als de gereedschappen die nodig zijn voor het spuitgieten niet direct beschikbaar zijn, verlaagt uitbesteding de kosten die gepaard gaan met het ontwikkelen van een matrijs.

Eenvoudige 3D-geprinte mallen met een laag volume kunnen voor slechts $ 100 op een SLA 3D-printer worden geproduceerd. Een aluminium mal voor een middelgrote productierun van ongeveer 1.000-5.000 eenheden valt binnen het bereik van $ 2.000 tot $ 5.000. Voor matrijzen met complexere geometrieën en geprimed voor grotere productieruns van ongeveer 10.000+ eenheden, kunnen de kosten van de mal variëren van $ 5.000 tot $ 100.000.

Snel spuitgieten met laag volume met 3D-geprinte mallen

Download onze whitepaper voor richtlijnen voor het gebruik van 3D-geprinte mallen in het spuitgietproces om de kosten en doorlooptijd te verlagen en bekijk real-life casestudies met Braskem, Holimaker en Novus Applications.

Geïnjecteerde materiaalkosten

Een grote verscheidenheid aan kunststoffen kan worden gebruikt voor spuitgieten, afhankelijk van de vereisten van de uiteindelijke onderdelen, waaronder ABS, PS, PE, PC, PP of TPU.

De kosten voor het aanschaffen van materialen voor matrijzen verschillen afhankelijk van het gekozen materiaal. Thermoplastische pellets kosten ongeveer $ 1 tot $ 5 per kg.

De materiaalkosten worden bepaald door het ontwerp van een model, het gekozen materiaal en de hoeveelheid materiaal die wordt gebruikt om het spuitgietproces uit te voeren.

Arbeids- of servicekosten

De apparatuur voor spuitgieten is over het algemeen zelfregulerend en is afhankelijk van automatisering om de klus te klaren. CNC-machines, EDM-machines en 3D-printers vertrouwen op de specificaties van het CAD-ontwerp om een ​​mal te produceren. De spuitgietmachine vertrouwt ook op automatisering om materialen in de mal te injecteren, en industriële IM-machines koelen en werpen het voltooide artikel vaak autonoom uit.

Arbeidskosten omvatten:

• Instel-/configuratiekosten: De installatiearbeid richt zich op de tijd die nodig is om de gebruikte apparatuur te configureren om de mal en het eindproduct te produceren.

• Reparatiekosten: Reparatie- en onderhoudstaken omvatten de vervanging van defecte onderdelen en het gebruik van gereedschappen om het onderhoudsproces uit te voeren.

• Bewakingskosten: Ondanks de afhankelijkheid van automatisering, wordt van operators verwacht dat ze de voortgang van het spuitgietproces volgen. Operatorlonen die tijdens het proces worden opgebouwd, worden opgeteld bij de totale kosten van spuitgieten.

Bij in-house produceren worden deze kosten doorgerekend in de arbeidskosten. Wanneer een bedrijf het spuitgieten uitbesteedt, worden de arbeid en de opslag van de dienstverlener opgeteld bij de servicekosten.

Overzicht spuitgietkosten

De onderstaande tabel geeft de kosten weer die gepaard gaan met het spuitgieten van een hypothetisch plastic item, zoals een kleine behuizing van een elektronisch apparaat, waardoor de kostendynamiek van spuitgieten gemakkelijker te begrijpen is:

^{* Apparatuurkosten worden in dit voorbeeld niet meegerekend in de productiekosten, omdat de kosten van deze tools over meerdere projecten kunnen worden verdeeld. Door een desktop-spuitgietmachine en een SLA 3D-printer aan te schaffen, kunnen bedrijven voor minder dan $ 10.000 aan de slag met spuitgieten.}

De drie scenario's in de tabel tonen de methoden en de matrijstypes die resulteren in de laagste kosten per onderdeel, afhankelijk van het productievolume.

Over het algemeen is spuitgieten het meest efficiënt bij hogere volumes, omdat de kosten dan verdeeld worden over duizenden onderdelen. Maar hoewel de kosten per onderdeel voor laagvolume spuitgieten iets hoger zijn, is het nog steeds aanzienlijk betaalbaarder voor laagvolumeproductie dan andere productiemethoden.

Middelgrote productie is het meest efficiënt met machinaal bewerkte aluminium mallen die goedkoper zijn dan traditionele stalen mallen, maar duurzaam genoeg zijn om een ​​paar duizend schoten mee te gaan, afhankelijk van factoren zoals het materiaal en het ontwerp. In de meeste gevallen is spuitgieten met een klein volume alleen redelijk met 3D-geprinte mallen - in ons voorbeeld, als we een aluminium mal zouden gebruiken om 100 onderdelen te produceren, zouden de kosten $ 30 per onderdeel bedragen, terwijl een traditionele stalen mal zou gemiddeld $ 200 voor elk onderdeel.

Variabelen die van invloed zijn op de spuitgietkosten

De gereedschapskosten voor spuitgieten zijn erg hoog en zijn afhankelijk van een aantal parameters en ontwerpcomplexiteit. Matrijzen voor spuitgieten worden normaal gesproken CNC-gefreesd uit aluminium of gereedschapsstaal, EDM-gefreesd om een ​​werkstuk te vormen of 3D-geprint. Het bewerkte of bedrukte onderdeel wordt vervolgens afgewerkt om de gewenste standaard te bereiken. De voltooide mal bestaat uit functies zoals de oppervlaktegeometrieën die nodig zijn voor een onderdeel, een geleidingssysteem om de stroom van geïnjecteerde materialen te geleiden en koelkanalen om ervoor te zorgen dat de mal snel afkoelt.

Het is belangrijk op te merken dat het grootste deel van het spuitgietproces is gewijd aan koeling. Hoe sneller een matrijs afkoelt, hoe sneller het geïnjecteerde materiaal stolt en hoe sneller de productiecyclus kan worden herhaald. Koelkanalen spelen dus een belangrijke rol, vooral voor productie van grote volumes, en moeten worden opgenomen in het ontwerp van de matrijs. Voor laagvolume productie met 3D-geprinte mallen is handmatige koeling met perslucht een optie.

Een 3D-geprinte spuitgietkern geassembleerd met een metalen malschaal.

Andere variabelen die van invloed zijn op het spuitgietproces en direct verband houden met de spuitgietkosten zijn: 

• Onderdeelgrootte: Hoe groter het item of onderdeel dat moet worden gegoten, hoe groter de mal zal zijn om het onderdeel op te nemen. Grotere onderdelen hebben meestal meer geïnjecteerde materialen nodig om productiecycli te voltooien. Grotere matrijsontwerpen brengen meestal hogere kosten met zich mee in vergelijking met het vervaardigen van hetzelfde ontwerp, maar met kleinere afmetingen.

• Onderdeelontwerp: Complexe onderdeelontwerpen met ingewikkelde geometrieën vereisen complexe mallen om het project uit te voeren. Matrijsontwerpen hebben meestal 2 kanten:kant A en B. Kant A, ook wel de cosmetische kant genoemd, is meestal de kant die de gebruiker ziet. Kant A zal naar verwachting glad en esthetisch zijn. Kant B bevat de verborgen structuren die het gebruik van het onderdeel ondersteunen. De structuur van zijde B kan ribben, nokken, enz. omvatten, en de afwerking is gewoonlijk veel ruwer dan die van zijde A. Matrijzen met complexe ontwerpen van zijde A en zijde B zijn over het algemeen duurder om te vervaardigen in vergelijking met eenvoudigere matrijzen. Complexe ontwerpen met ondersnijdingen kunnen ook verschuivende zijacties en kernen vereisen, wat de kosten van de mal verhoogt.

• Productievolume: Het aantal items dat met behulp van spuitgieten moet worden geproduceerd, bepaalt de productietechnologie en de kwaliteit van het materiaal dat moet worden gebruikt bij het maken van de matrijs. Projecten met een laag volume vereisen mogelijk 3D-geprinte of machinaal bewerkte aluminium mallen van lagere kwaliteit, terwijl grote productievolumes hoogwaardige stalen mallen of zelfs meerdere mallen nodig hebben om het proces te beheren zonder dat slijtage de kwaliteit van de geproduceerde artikelen aantast. Dit heeft invloed op de kosten van de matrijs, maar natuurlijk worden de hogere kosten van matrijzen met een hoog volume verdeeld over meer onderdelen, wat normaal gesproken leidt tot lagere kosten per onderdeel.

• Deelvolume en holtes: Deelvolume verwijst naar de holtegrootte van een mal. Hoe meer holtes of holtevolume een mal nodig heeft, hoe langer de perstijd. Een langere perstijd vertraagt ​​het productieproces, wat leidt tot hogere kosten.

Calculators voor spuitgietkosten

Online spuitgietkostenschatters of offertes van spuitgietserviceproviders kunnen benchmarks bieden en u helpen de kosten van het spuitgieten van specifieke onderdelen in te schatten.

Opties voor het schatten van de spuitgietkosten om het berekeningsproces te vergemakkelijken zijn onder meer:

• CustomPart

• ICOMoud

• 3D-hubs

• Protolabs

Een vergelijkingstabel voor gietkosten dient ook een soortgelijk doel. Spuitgietserviceproviders gebruiken kostenvergelijkingstabellen om potentiële klanten een ruwe schatting van het proces te geven.

Het verminderen van spuitgietkosten

De kosten van de mal worden grotendeels bepaald door de complexiteit en de hoeveelheid tijd die nodig is om het te produceren. We raden aan om de ontwerp-voor-productieprincipes na te leven om de onderdeelkosten met spuitgieten te verlagen.

De productiekosten van de mal kunnen worden verlaagd door de volgende ontwerprichtlijnen toe te passen: 

• Evalueer het CAD-model om de haalbaarheid ervan te bepalen voordat u een spuitgietproject uitvoert. Elimineer potentiële knelpunten zoals steile hoeken, ondersnijdingen en andere complexe geometrieën.

• Evalueer het ontwerp van het model om onnodige functies te elimineren. Dit vermindert de grootte van de mal en het materiaal dat wordt gebruikt om het model te ontwikkelen.

• Pas een kernholtebenadering toe die het ontwerp van zijde B van een mal vereenvoudigt. De kernholtebenadering omvat het verzinken van de wandholten in de matrijsbasis, waardoor de noodzaak om steile tochthoeken te vormen wordt verminderd en de oppervlakteafwerking wordt verbeterd.

• Omarm het gebruik van zelf-parende onderdelen om de noodzaak te verminderen om meerdere mallen te maken wanneer één universele mal kan worden gebruikt om vergelijkbare resultaten te bereiken.

Aan de slag met snel spuitgieten

Hoewel spuitgieten traditioneel alleen wordt beschouwd als een productieproces voor massaproductie vanwege de hoge gereedschapskosten, stelt het gebruik van 3D-printen om spuitgietmatrijzen te vervaardigen u in staat om dit proces te gebruiken om hoogwaardige en herhaalbare onderdelen te produceren voor prototyping en productie in kleine volumes.

Gebruik 3D-geprinte spuitgietmatrijzen met zowel benchtop- als industriële machines om efficiënt en betaalbaar honderden tot duizenden functionele prototypes, onderdelen te produceren om productontwikkeling te versnellen, kosten en doorlooptijden te verlagen en betere producten op de markt te brengen.