3D-Druck, CNC-Bearbeitung oder Spritzguss: Expertentipps zur Wahl des passenden Verfahrens

Jedes Produkt beginnt als CAD-Datei. Doch der Weg zum funktionsfähigen Bauteil wirft eine zentrale Frage auf: Welches Fertigungsverfahren ist am besten geeignet? Der 3D-Druck, die CNC-Bearbeitung und der Spritzguss haben jeweils spezifische Stärken – die falsche Wahl kostet Zeit und Geld. Als Entscheidungshilfe für Ingenieur*innen und Produktentwickler*innen haben wir die Expert*innen von PCBWay, einer Fertigungsplattform, die alle drei Verfahren anbietet, um ihren Rat in den Bereichen Rapid Prototyping und Kleinserienfertigung gebeten.

Drei Fragen zum Einstieg

„Wir betrachten den 3D-Druck, die CNC-Bearbeitung und den Spritzguss nicht als konkurrierende, sondern als sich ergänzende Fertigungsverfahren“, erklärt PCBWay. Nach Angaben des Unternehmens entscheiden drei Faktoren darüber, welcher Weg für ein bestimmtes Bauteil der richtige ist.

1. Steht das Design bereits fest? Werden Form, Passform oder Funktion noch überarbeitet, ermöglicht der 3D-Druck schnelle Anpassungen, ohne dass dabei jedes Mal zusätzliche Werkzeug- oder Rüstkosten entstehen. Sobald das Design feststeht, kommen CNC-Bearbeitung oder Spritzguss verstärkt infrage.
2. Welches Material und welche Toleranzen sind gefordert? Wenn metallische Eigenschaften oder enge Toleranzen benötigt werden, fällt die Wahl meist auf die CNC-Bearbeitung. Diese kommt ohne Formen aus und eignet sich für Funktionstests und Präzisionsbauteile.
3. Wie viele Bauteile werden benötigt? Die Stückzahl ist oft das ausschlaggebende Kriterium. Die Faustregel von PCBWay lautet:

Wann der 3D-Druck die richtige Wahl ist

Der 3D-Druck ermöglicht einen besonders kostengünstigen und unkomplizierten Einstieg. Da kein Werkzeugbau erforderlich ist, beginnen die Preise bei PCBWay bei etwa 4,44 €. Die Fertigung dauert im günstigsten Fall rund zwei Tage, bei bestimmten Verfahren sogar nur einen Tag. Das macht die Technologie zur ersten Wahl für das Rapid Prototyping: Drucken, Testen, Anpassen, Wiederholen.

PCBWay betont jedoch, dass die angegebene Fertigungszeit von zwei Tagen nicht für jeden Auftrag garantiert werden kann. Wie lange die Fertigung tatsächlich dauert, hängt von der eingesetzten Technologie, dem Material, der Bauteilgeometrie, der Stückzahl und der Nachbearbeitung ab. Auch die Versandart beeinflusst die Lieferzeit. Die endgültige Zeitangabe wird nach Prüfung des Bauteils bestätigt. Eine schnelle Fertigung darf dabei jedoch nicht zulasten der Qualität gehen: „Eine schnelle Lieferung ist nur dann wertvoll, wenn Kund*innen ein funktionierendes Produkt erhalten“, so das Unternehmen. Um die Durchlaufzeit ohne Qualitätsverluste zu verkürzen, hat PCBWay in automatisierte Dateiprüfungen zur frühzeitigen Fehlererkennung, intelligente Produktionsplanung, Prozessüberwachung und Mitarbeiterschulungen investiert.

Der 3D-Druck ist, wie 3Dnatives-Leser*innen wissen, auch eine eigenständige Produktionsmethode. Bei Stückzahlen von weniger als 50 Bauteilen kann der 3D-Druck auch direkt für die Produktion eingesetzt werden. Ein Kunde von PCBWay, der unter dem Benutzernamen gohanda_kbd auftritt, wollte eine kompakte, kabellose und geteilte Tastatur entwickeln. Er nannte sie Soa39mini und entwarf sie mit Fokus auf Portabilität. Für das Gehäuse der Tastatur wurde zunächst CNC-gefrästes Aluminium in Betracht gezogen. Es bestand jedoch die Sorge, dass ein Metallgehäuse die Bluetooth-Kommunikation stören könnte, da der Mikrocontroller unter der Leiterplatte sitzt.

Aus diesem Grund entschied sich gohanda_kbd für den harzbasierten 3D-Druck, der die Herstellung eines transparenten Gehäuses ohne den Einsatz von Metall ermöglichte. Durch die Verwendung von UTR-8100 und die anschließende Färbung im Farbton Purple U erhielt das fertige Gehäuse eine glatte Oberfläche und eine gleichmäßige Färbung. Zudem wies es keinen erkennbaren Verzug auf.

„Ich habe etwa fünf Prototypen auf meinem heimischen 3D-Drucker gedruckt, bevor ich die Bestellung bei PCBWay aufgegeben habe“, erklärte gohanda_kbd. „Der gesamte Prozess, vom anfänglichen Gehäusekonzept bis zum nutzbaren, fertigen Gehäuse, dauerte rund einen Monat.“

PCBWay bietet sechs Technologien für die Additive Fertigung an (FDM, SLA, DLP, SLS, MJF und SLM) sowie mehr als 10 Materialien, darunter Kunstharze, Nylon, PLA, Aluminium und Edelstahl. Expertentipp: Das Einsatzgebiet des Bauteils sollte das Verfahren bestimmen. Kunstharzbasierte Prozesse wie SLA und DLP eignen sich für feine Details und glatte Oberflächen. Pulverbettbasierte Verfahren wie SLS und MJF eignen sich für die Herstellung funktionaler Nylonbauteile.

Wann die CNC-Bearbeitung die richtige Wahl ist

Die CNC-Bearbeitung eignet sich besonders dann, wenn ein Prototyp oder Serienbauteil eine hohe Maßgenauigkeit, bestimmte technische Werkstoffe oder eine hochwertige, spanend bearbeitete Oberfläche erfordert. Bei Stückzahlen zwischen etwa 50 und mehreren hundert Bauteilen ist sie in der Regel eine besonders wirtschaftliche und flexible Lösung.

Der Einstiegspreis ist hier höher als beim 3D-Druck. Bei PCBWay beginnt die CNC-Bearbeitung bei etwa 22,18 €, da auch für ein einzelnes Bauteil die Maschine eingerichtet und programmiert werden muss.

Wann der Spritzguss die richtige Wahl ist

Der Spritzguss eignet sich besonders für die wirtschaftliche Serienfertigung großer Stückzahlen bei gleichbleibender Bauteilqualität. Da die Form eine erhebliche Anfangsinvestition darstellt, gibt es hier keinen pauschalen Einstiegspreis. Das Verfahren wird in der Regel ab etwa 1.000 Stück wirtschaftlich, wenn die Kosten für den Werkzeugbau auf ausreichend viele Teile umgelegt werden können, um den niedrigsten Stückpreis zu erzielen.

Expertentipp: Das Design sollte zunächst anhand von 3D-gedruckten oder CNC-gefertigten Prototypen überprüft werden. Die Änderung einer Form ist weitaus teurer als der erneute Druck eines Bauteils.

Die richtige Fertigungsmethode für jede Entwicklungsphase

Viele Produkte durchlaufen während ihrer Entwicklung alle drei Verfahren: den 3D-Druck für die frühe Validierung, die CNC-Bearbeitung für Funktions- oder Präzisionsbauteile und den Spritzguss für die Serienproduktion. Andere werden abhängig von den Materialanforderungen und der benötigten Stückzahl direkt mit einem einzigen Verfahren gefertigt. „Wir betrachten den jeweiligen Entwicklungsstand jedes Bauteils und helfen unseren Kund*innen dabei, die Fertigungslösung zu wählen, die ihren Anforderungen am besten entspricht“, so PCBWay.

Alle Prozesse auf einer einzigen Plattform zu bündeln, vereinfacht den Ablauf erheblich. Bei PCBWay laden Anwender*innen eine CAD-Datei hoch, wählen Verfahren, Material, Stückzahl sowie Oberflächengüte aus und erhalten sofort ein vorläufiges Angebot. Bei einer anschließenden DFM-Prüfung (Design for Manufacturing) wird die Konstruktion auf ihre Fertigbarkeit geprüft und der endgültige Preis vor Produktionsbeginn bestätigt. An dieser Stelle findet meist auch der persönliche Kontakt statt: Bei ungewöhnlichen Geometrien, speziellen Materialien, engen Toleranzen oder besonderen Oberflächengüten setzen sich die Ingenieur*innen von PCBWay direkt mit Kund*innen in Verbindung, um Details zu klären. Sobald die Produktion anläuft, lassen sich die Aufträge online bis zur Qualitätsprüfung und Lieferung nachverfolgen.

Da dieselbe Plattform auch die Leiterplattenfertigung und -bestückung, Blechbearbeitung sowie Verpackungslösungen abdeckt, kann ein Hardware-Team seine Platine, das 3D-gedruckte Gehäuse und spanend bearbeitete Halterungen aus einer Hand beziehen.

Wenn Sie ein neues Projekt planen, können Sie sich hier über die Dienstleistungen in den Bereichen 3D-Druck und Rapid Prototyping von PCBWay informieren.

Lassen Sie Ihre 3D-Druckteile extern fertigen oder produzieren Sie lieber selbst? Wenn Sie mehr über die additive Fertigung erfahren möchten, werfen Sie einen Blick auf alle unsere Videos auf unserem YouTube-Kanal und folgen Sie uns auf LinkedIn.

*Titelbildnachweis: PCBWay