Zusammenfassung

Bei Automobilprototypen hängt die Wahl zwischen Druckguss und CNC-Bearbeitung von einem Kompromiss zwischen Geschwindigkeit und Präzision einerseits und Skalierbarkeit und Kosten andererseits ab. Die CNC-Bearbeitung ist die bessere Option für frühe, geringe Stückzahlen benötigende Prototypen, die hohe Präzision, enge Toleranzen und eine schnelle Durchlaufzeit erfordern. Umgekehrt wird Druckguss zur wirtschaftlicheren Wahl für spätere Prototypen in hohen Stückzahlen oder nahezu serienreife Fertigungen, bei denen sich die erheblichen Werkzeugkosten auf Tausende von Teilen verteilen lassen.

Verständnis der Verfahren: Was ist Druckguss und CNC-Bearbeitung?

Bevor Druckguss und CNC-Bearbeitung verglichen werden, ist es wichtig, ihre grundlegenden Prinzipien zu verstehen. Diese beiden Methoden stellen entgegengesetzte Ansätze in der Fertigung dar: Die eine ist formgebend und erzeugt eine Form aus flüssigem Material, die andere ist subtraktiv und fräst eine Form aus einem massiven Block heraus. Dieser grundlegende Unterschied beeinflusst alles, von den Kosten und der Geschwindigkeit bis hin zu den Materialeigenschaften und der Konstruktionskomplexität.

Druckguss ist ein formgebendes Verfahren, bei dem geschmolzenes, nicht-eisenhaltiges Metall, wie Aluminium oder Zink, unter hohem Druck in eine wiederverwendbare Stahlform – genannt Gussform („Die“) – eingespritzt wird. Das Metall kühlt ab und erstarrt, wobei es die Form des Hohlraums der Gussform annimmt. Es handelt sich um ein effizientes Verfahren zur Herstellung geometrisch komplexer Bauteile mit Merkmalen wie dünnen Wänden und inneren Hohlräumen. Nach dem Ausstoßen aus der Form können Sekundärarbeiten erforderlich sein, um überschüssiges Material, sogenannten Grat, zu entfernen und die endgültigen Spezifikationen zu erreichen. Das Verfahren zeichnet sich durch hohe Wiederholgenauigkeit aus und eignet sich daher ideal für die Massenproduktion von Komponenten wie Motorblöcken und Getriebegehäusen.

Im Gegensatz dazu ist die CNC-Bearbeitung (Computerized Numerical Control) ein subtraktives Verfahren. Es beginnt mit einem massiven Werkstoffblock (einem Barren) und verwendet computergesteuerte, rotierende Schneidwerkzeuge, um Material zu entfernen, bis die endgültige Geometrie des Bauteils erreicht ist. Eine digitale CAD-Datei steuert die Bewegungen der Maschine und gewährleistet so äußerste Präzision und Wiederholgenauigkeit. Da Material abgetragen wird, kann die CNC-Bearbeitung Bauteile mit scharfen Kanten, flachen Oberflächen und außergewöhnlich engen Toleranzen herstellen, die mit Gussverfahren nur schwer erzielbar sind. Daher ist es das bevorzugte Verfahren für Hochleistungsanwendungen, von Aerospace-Komponenten bis hin zu chirurgischen Geräten.

Im Wesentlichen liegt der entscheidende Unterschied in der Art und Weise, wie das Endteil hergestellt wird:

• Druckguss: Stellt ein Bauteil her, indem flüssiges Metall in eine vorgefertigte Form gepresst wird. Es handelt sich um ein nahezu endformnahes Verfahren, das den Materialabfall minimiert.
• CNC-Fräser: Erzeugt ein Bauteil, indem Material von einem größeren Block abgetragen wird. Dieses Verfahren bietet größere Konstruktionsfreiheit bei Prototypen, erzeugt jedoch mehr Ausschussmaterial.

Vergleich: 8 entscheidende Faktoren

Die Auswahl des richtigen Fertigungsverfahrens für Automobil-Prototypen erfordert eine sorgfältige Bewertung mehrerer kritischer Faktoren. Obwohl sowohl das Druckgießen als auch die CNC-Bearbeitung hochwertige Metallteile liefern können, unterscheiden sich ihre Stärken und Schwächen, wodurch sie für verschiedene Phasen des Produktentwicklungszyklus geeignet sind. Im Folgenden finden Sie eine detaillierte Übersicht der wichtigsten Entscheidungskriterien – von der Produktionsmenge bis zum Materialabfall.

Kosten und Stückzahl sind die wichtigsten Unterscheidungsmerkmale. Beim Druckguss ist eine erhebliche Anfangsinvestition in Werkzeuge erforderlich, deren Herstellung Wochen oder Monate dauern kann. Sobald die Form jedoch fertiggestellt ist, können Teile zu sehr geringen Stückkosten produziert werden, was den Druckguss äußerst kostengünstig für Losgrößen ab 10.000 Stück macht. Beim CNC-Fräsen entstehen keine Werkzeugkosten, wodurch es die klare Wahl für Prototypen und Kleinserien ist. Die Kosten pro Bauteil bleiben jedoch relativ hoch und sinken mit steigender Menge nicht signifikant.

Wenn es um Geschwindigkeit und Durchlaufzeit , CNC-Fräsen ist unübertroffen, wenn es darum geht, die ersten Teile schnell in Händen zu halten. Ein Prototyp kann innerhalb weniger Stunden oder Tage nach Fertigstellung des CAD-Modells gefräst werden. Diese Flexibilität ist entscheidend während iterativer Entwicklungsphasen. Der Druckguss ist aufgrund der Werkzeugherstellung deutlich langsamer im Start, aber einmal in der Produktion sind die Zykluszeiten extrem kurz und überlegen dem Fräsen bei großen Mengen bei weitem.

Maßhaltigkeit und Bauteilkomplexität zeigen unterschiedliche Stärken. Die CNC-Bearbeitung bietet eine überlegene Präzision und kann Toleranzen erreichen, die beim Gießen unmöglich sind. Sie zeichnet sich durch die Erzeugung von Merkmalen mit perfekter Flachheit oder scharfen Kanten aus. Das Druckgießen hingegen eignet sich besser für komplexe innere Geometrien und die Zusammenfassung mehrerer Teile in ein einziges, komplexes Bauteil, wodurch Montageaufwand und Gesamtgewicht reduziert werden können.

Für Materialauswahl , bietet die CNC-Bearbeitung weitaus mehr Möglichkeiten und unterstützt nahezu jedes Metall oder Kunststoff, das zu einem festen Block geformt werden kann. Das Druckgießen ist auf Metalle mit niedrigeren Schmelzpunkten beschränkt, hauptsächlich Aluminium-, Zink- und Magnesiumlegierungen. Es ist wichtig zu beachten, dass für Anwendungen mit höchsten Anforderungen an Festigkeit und Ermüdungsbeständigkeit oft ein anderer Prozess wie das Schmieden in Betracht gezogen wird. Beispielsweise werden für kritische Automobilkomponenten, bei denen maximale Festigkeit entscheidend ist, häufig Verfahren wie das Warmumformen vorgeschrieben. Unternehmen wie Shaoyi (Ningbo) Metal Technology spezialisieren sich auf diese hochleistungsfähigen geschmiedeten Teile und bieten einen weiteren Weg vom Prototyp bis zur Produktion.

Spezifische Anwendung: Wahl für Automobil-Prototypen

Im Kontext des Automobil-Prototypings geht es bei der Wahl zwischen Druckguss und CNC-Bearbeitung nicht darum, welches Verfahren generell besser ist, sondern welches für eine bestimmte Phase und einen bestimmten Zweck geeignet ist. Der Entwicklungszyklus im Automobilbereich umfasst mehrere Validierungsphasen, von frühen Funktionsprüfungen bis hin zu serienähnlichen Tests, wobei jede Phase unterschiedliche Anforderungen an Geschwindigkeit, Kosten und Genauigkeit stellt.

Die CNC-Bearbeitung ist die dominierende Wahl für Prototypen in der Anfangsphase. Wenn ein Design sich noch im Entwicklungsstadium befindet, müssen Ingenieure verschiedene Versionen schnell testen. Die Geschwindigkeit der CNC-Bearbeitung ermöglicht eine schnelle Iteration, ohne die hohen Kosten und Verzögerungen zu verursachen, die mit der Herstellung neuer Formen verbunden wären. Dieses Verfahren eignet sich hervorragend zur Fertigung von Einzelstücken funktionsfähiger Prototypen, Passgenauigkeitsmodellen und Teilen für die „Brückenproduktion“ – kleine Serien, um ein Projekt voranzutreiben, während auf die Fertigstellung von Werkzeugen für die Großserienproduktion gewartet wird. Im Bereich der Elektrofahrzeuge (EV) wird die CNC-Bearbeitung beispielsweise häufig für hochpräzise Komponenten wie EV-Batteriegehäuse und Motorträger verwendet.

Das Druckgießen kommt in späteren Phasen der Prototypenerstellung zum Einsatz, wenn das Design stabil ist und der Fokus auf der Validierung des endgültigen Fertigungsprozesses sowie Durchführung von Testläufen mit höherem Volumen liegt. Die Erstellung von druckgegossenen Prototypen ist im Wesentlichen eine Generalprobe für die Serienfertigung. Sie ermöglicht es Ingenieuren, das Bauteil so zu testen, wie es später in Serie gefertigt wird, einschließlich der Bewertung seiner thermischen Eigenschaften, strukturellen Integrität und des Potenzials zur Bauteilintegration. Beispielsweise kann ein einzelnes druckgegossenes Bauteil eine Baugruppe aus drei oder vier maschinell bearbeiteten Komponenten ersetzen, was Gewicht spart und Verbindungselemente überflüssig macht. Dies ist üblich bei Teilen wie Radaufhängungen und Getriebegehäusen.

Um eine fundierte Entscheidung zu treffen, ziehen Sie diese einfache Checkliste für Ihren Automobilprototypen heran:

• Wählen Sie CNC-Bearbeitung, wenn: Ihr Design sich noch weiterentwickelt, Sie nur 1–100 Teile benötigen, Geschwindigkeit höchste Priorität hat und Sie die engstmöglichen Toleranzen benötigen.
• Wählen Sie Druckgießen, wenn: Ihr Design ist abgeschlossen, Sie benötigen 1.000+ Teile für Tests, die Minimierung der Kosten pro Teil ist der Hauptfaktor, und Sie müssen den Serienfertigungsprozess validieren.

Die endgültige Entscheidung für Ihr Projekt treffen

Letztlich ist die Entscheidung zwischen Druckguss und CNC-Bearbeitung für Ihren Automobil-Prototypen eine strategische, bei der es gilt, die unmittelbaren Anforderungen der Entwicklung mit den langfristigen Produktionszielen in Einklang zu bringen. Die Wahl ist nicht einfach eine binäre Entscheidung, sondern spiegelt die Position Ihres Projekts auf dem Spektrum von Flexibilität zu Skalierbarkeit wider. Zusammenfassend lässt sich der Hauptkompromiss wie folgt beschreiben: CNC-Bearbeitung bietet bei geringen Stückzahlen eine beispiellose Geschwindigkeit und Konstruktionsfreiheit, während Druckguss bei hohen Stückzahlen eine außergewöhnliche Kosteneffizienz bietet.

Ein wichtiger Aspekt ist die Abstimmung des Fertigungsverfahrens auf den Reifegrad Ihres Projekts. In frühen, iterativen Phasen profitiert man von der Flexibilität der CNC-Bearbeitung. Sobald sich das Design festigt und in Richtung Serienfertigung geht, wird der Wechsel zum Druckguss zu einem logischen und finanziell sinnvollen Schritt. Dieser schrittweise Ansatz ermöglicht es, die Vorteile beider Technologien jeweils zum optimalen Zeitpunkt auszunutzen.

Es lohnt sich auch, einen hybriden Ansatz in Betracht zu ziehen. In vielen automobilen Anwendungen wird ein Bauteil zunächst als nahezu fertiggeformtes Gussteil hergestellt und anschließend zur Nachbearbeitung kritischer Merkmale per CNC-Bearbeitung veredelt. Diese Methode kombiniert die Materialeffizienz und die Möglichkeit komplexer Geometrien des Gießens mit der hohen Präzision der Bearbeitung und bietet so eine optimale Lösung für leistungskritische Komponenten.

Häufig gestellte Fragen

1. Was ist der Unterschied zwischen CNC-Bearbeitung und Druckguss?

Der Hauptunterschied liegt in der Herstellungsmethode. Beim Druckguss handelt es sich um ein formgebendes Verfahren, bei dem geschmolzenes Metall in eine Form eingespritzt wird, um ein Bauteil herzustellen. Die CNC-Bearbeitung ist ein subtraktives Verfahren, das mit einem massiven Werkstoffblock beginnt und mithilfe von Schneidwerkzeugen überschüssiges Material entfernt, um die endgültige Form zu erreichen.

2. Ist Druckguss günstiger als CNC?

Das hängt von der Stückzahl ab. Bei Einzelprototypen oder Kleinserien ist die CNC-Bearbeitung kostengünstiger, da keine Vorkosten für Werkzeuge anfallen. Bei großen Serien (typischerweise mehr als 10.000 Einheiten) ist das Druckgießen deutlich wirtschaftlicher, da sich die hohen Anfangskosten für die Form auf viele Bauteile verteilen und somit die Kosten pro Bauteil sinken.

3. Kann das Druckgießen automatisiert werden?

Ja, das Druckgießen ist ein hochgradig automatisierter Prozess. Moderne Druckgussanlagen verwenden Roboter für Aufgaben wie das Einspritzen von geschmolzenem Metall, das Entnehmen der fertigen Teile und das Besprühen der Form mit Trennmittel. Diese Automatisierung führt zu kurzen Zykluszeiten, hoher Konsistenz und Effizienz in der Massenproduktion.