AMT | Kontrast und Vergleich mit anderen Netto-Form-Technologien

Date：2025-06-05   Views：1034

Inhaltsverzeichnis

Überblick über die Leistungsfähigkeit

Technische Faktoren

Wettbewerbsfaktoren der Kosten

Relative Vorteile

Überblick über die Leistungsfähigkeit

Konkurrierende Technologien bestimmen die Wirtschaftlichkeit des Pulverspritzgießens (PIM). Der erste Wettbewerbsschritt basiert auf der Leistungsfähigkeit – der Identifizierung, welche Formgebungsverfahren das Bauteil mit den gewünschten Eigenschaften und Merkmalen herstellen können. Der zweite Schritt konzentriert sich auf die Kosten – die Feststellung, welche Technologie für die beabsichtigte Produktionslosgröße am kostengünstigsten ist. Die Prozessleistungsfähigkeit ist immer die erste Hürde, die es zu überwinden gilt.

In diesem Kapitel behandeln wir das Wettbewerbsumfeld von PIM, indem wir uns zunächst auf leistungsbasierte Vergleiche und dann auf kostenbasierte Überlegungen konzentrieren. PIM ist ein primäres Formgebungsverfahren, das sich zur Erzeugung komplexer Originalformen eignet. Es ist am wirksamsten für dreidimensionale Geometrien und erfordert eine wirtschaftliche Losgröße, die in der Regel 5.000 Stück übersteigt. Viele der größeren Unternehmen werden Bestellungen unter 100.000 Stück nicht annehmen. Zum Vergleich zeigt Abbildung 12.2, wie sich PIM im Hinblick auf die wirtschaftliche Losgröße gegenüber anderen Netto-Form-Fertigungstechnologien verhält. Größere Stückzahlen sind für PIM kein Problem, aber irgendwann fallen die Stückkosten nicht mehr mit der Bestellgröße.

Die geometrischen Aspekte von PIM wurden in Kapitel drei eingeführt, wobei darauf hingewiesen wurde, dass fast die gesamte Produktion unter 1 kg (2,2 lb) liegt und der Durchschnitt nur 32 g (0,07 lb) beträgt. Ebenso ist die größte Abmessung in der Regel unter 200 mm (8 Zoll), und 25 mm (1 Zoll) ist für die Technologie recht typisch. Die Verarbeitungskosten werden am besten durch die Formkomplexheit gerechtfertigt, sodass sich die meisten PIM-Produkte auf 10 bis 100 geometrische Spezifikationen erstrecken. Schließlich muss das Material für die Leistung ausgelegt sein, sodass Kunststoffe, Holz, Gummi, Mineralien und andere Werkstoffe mit geringer Leistung keine Kandidaten für PIM sind – es zeigt seine Stärken bei Metallen, Keramiken, Verbundwerkstoffen, Cermets und Hartmetallen. Selbst nach Berücksichtigung dieser Überlegungen bleibt eine große Anzahl möglicher Netto-Form-Prozesse übrig, gegen die PIM konkurrieren könnte.

Technische Faktoren

Die drei allgemeinen Möglichkeiten, eine dreidimensionale Form zu erzeugen, sind additive, subtraktive oder Replikationsverfahren. Additive Verfahren wie selektives Lasersintern sind für Produktionsmengen über etwa 10 Stück nicht wettbewerbsfähig. Subtraktive Bearbeitungs- und Schleifverfahren zeigen ihre Stärken, wenn die Form einfach ist und die Menge an entferntem Material gering ist. Replikationstechnologien wie PIM sind am nützlichsten für die Massenproduktion von dreidimensionalen Formen.

Die folgenden Replikations- und Subtraktionsansätze werden für den Vergleich mit PIM berücksichtigt:

• Pulverspritzguss

• Pulverpressverfahren (kaltes isostatisches Pressen, Pulverschmieden, Matrizenpressen)

• Umformverfahren (Warmschmieden, Kaltmassivumformen, Stanzen, Feinschneiden)

• Gießverfahren (Druckgießen, Sandguss, Feinguss, Thixomolding)

• Spanende Verfahren (Fräsen, Schleifen, Drehen, Bohren, Aufbohren)

Wichtige Vergleichsfaktoren sind:

• Oberflächengüte: PIM bietet eine bessere Oberflächengüte als Gießverfahren, wird jedoch von der Feinbearbeitung übertroffen.

• Mögliche Werkstoffe: PIM zeigt seine Stärken bei Metallen, Keramiken, Verbundwerkstoffen, Cermets und Hartmetallen.

• Formspektrum: PIM ist vielseitig in der Formkomplexheit, ist jedoch in der Größe im Allgemeinen im Vergleich zu Schmieden, Gießen und Bearbeiten eingeschränkt.

• Größenspektrum: Die meisten PIM-Produkte sind klein, typischerweise unter 200 mm in der größten Abmessung.

• Losgröße: PIM ist am kostengünstigsten für Losgrößen über 5.000 Stück.

• Werkzeugkosten: Die PIM-Werkzeugkosten sind mit Kunststoffwerkzeugen vergleichbar und werden durch große Produktionsmengen gerechtfertigt.

• Toleranzen: PIM ist mit den meisten anderen Technologien in Bezug auf Toleranzen wettbewerbsfähig, obwohl die Bearbeitung viel engere Toleranzen erreichen kann.

Abbildung 12.3 vergleicht typische zulässige Toleranzbereiche für mehrere Netto-Form-Technologien. Auf absoluter Basis ist PIM mit den meisten anderen Technologien wettbewerbsfähig, obwohl die Bearbeitung viel engere Toleranzen erreichen kann.

Abbildung 12.4 zeigt typische Oberflächengütebereiche für mehrere Netto-Form-Technologien. Zum Vergleich: PIM ist besser als Gießverfahren, wird jedoch von der Feinbearbeitung übertroffen.

Wettbewerbsfaktoren der Kosten

Konkurrierende Technologien dienen als bester Maßstab für den Wert von PIM. Prozessausbaute und Materialausnutzung sind sofortige Vorteile von PIM im Vergleich zu subtraktiven Verfahren. Bei Replikationsverfahren gibt es tendenziell weniger Abfall, was zu niedrigeren Kosten führt.

PIM gelingt es oft, Merkmale zu liefern, die mit alternativen Technologien schwierig sind, insbesondere bei kleineren Produkten. Es ist kostengünstig für komplexe Formen und kann die Herstellungskosten bei komplizierten Geometrien um einen Faktor 6 bis 10 senken.

Die hohen Werkzeugkosten von PIM machen die Bearbeitung bei niedrigeren Produktionsmengen erfolgreicher. Für Massenproduktionssituationen ist jedoch der niedrige Stückpreis von PIM attraktiv. Abbildung 12.7 veranschaulicht die relativen Werkzeugkosten für PIM und mehrere alternative Netto-Form-Technologien. Bei niedrigeren Produktionsniveaus hat PIM einen Nachteil; für Massenproduktionssituationen ist jedoch der niedrige Stückpreis attraktiv.

Abbildung 12.5 ist eine schematische Darstellung des Zusammenspiels zwischen Bauteilkomplexheit und Produktionsvolumen für mehrere Formgebungsansätze. Für eine gegebene Komplexität würde ein vertikaler Schnitt durch Abbildung 12.5 wirtschaftlichen Vorteil für PIM bei höheren Produktionsmengen zeigen. Vorteile für PIM treten bei niedrigeren Mengen auf, wenn das Material teuer ist oder schwer mit alternativen Techniken zu verarbeiten ist. Titan passt in diese Nische, weil es sehr schwer zu bearbeiten ist. Als Illustration der zugrunde liegenden Kostenkurven zeigt Abbildung 12.6 die Stückkosten versus Formkomplexheit für eine Losgröße von 1 Million Stück. Es ist die niedrigere Steigung der PIM-Kurve, die sie attraktiv macht.

Relative Vorteile

PIM hat mehrere Vorteile, die es zu einer wertvollen Fertigungsoption machen:

• Überwindung von Eigenschaftsbegrenzungen: PIM überwindet die Eigenschaftsbegrenzungen, die Kunststoffen innewohnen, und bietet höhere Festigkeit, Steifigkeit und Wärmeleitfähigkeit.

• Formkomplexheit: PIM erweitert die Formmöglichkeiten über Stanzen, Schmieden und Feinschneiden hinaus und ermöglicht komplizierte Geometrien.

• Werkstoffvielseitigkeit: PIM übersteigt die Eigenschafts- und Formbegrenzungen, die der Pulverkompaktierung innewohnen, und bietet eine große Auswahl an Werkstoffen einschließlich Metallen, Keramiken und Verbundwerkstoffen.

• Kosteneffizienz: PIM bietet niedrigere Kosten im Vergleich zur Bearbeitung, insbesondere bei komplexen Formen.

• Produktivität: PIM bietet Produktivitätsniveaus, die mit isostatischem Pressen und Gießen nicht erreichbar sind.

• Vermeidung von Defekten: PIM vermeidet die Defekte, Oberflächengütebegrenzungen und Toleranzgrenzen, die mit dem Gießen verbunden sind.

Die besten Anwendungen für PIM sind dort, wo Kunststoffspritzgießen die Form bilden könnte, aber Kunststoffe die notwendigen mechanischen, thermischen oder anderen Eigenschaften fehlen.