Welche CNC-Bearbeitung ist günstiger für Prototypen: Kunststoff oder Metall?
Vergleich der Material- und Bearbeitungskosten
In den meisten Fällen ist die CNC-Kunststoffbearbeitung kostengünstiger als die Metallbearbeitung für Prototypen. Kunststoffe sind günstiger zu beschaffen, lassen sich schneller schneiden und verursachen weniger Werkzeugverschleiß, was sie ideal für die funktionale Validierung in frühen Entwicklungsphasen macht. Materialien wie Acetal (POM), Nylon (PA) oder ABS sind relativ preiswert, und ihre gute Zerspanbarkeit ermöglicht höhere Vorschubgeschwindigkeiten im Vergleich zu Metallen wie Aluminium 6061-T6 oder Edelstahl SUS304. Da Kunststoffe weniger Schnittwiderstand und Wärme erzeugen, verlängern sie zudem die Werkzeuglebensdauer und verringern die Rüstzeiten – was die Kosten pro Prototyp direkt reduziert.
Produktionsgeschwindigkeit und Einrichtungseffizienz
Kunststoffe können oft mit zwei- bis dreifacher Geschwindigkeit im Vergleich zu Metallen bearbeitet werden, beispielsweise durch CNC-Fräsen oder CNC-Drehen. Aufgrund ihres geringen Gewichts ist die Handhabung einfacher, was schnelle Neupositionierungen und geringere Spannvorrichtungskomplexität ermöglicht. Für komplexe Formen können Kunststoffprototypen auch effizient über Mehrachsenbearbeitung oder alternative Rapid-Verfahren wie 3D-Druck hergestellt werden. Diese Effizienzvorteile machen Kunststoff zur klaren Wahl, wenn Form, Passung und Montage überprüft werden sollen, bevor die Metallproduktion beginnt.
Wann Metallprototypen erforderlich sind
Trotz höherer Kosten sind Metallprototypen unerlässlich, wenn mechanische Leistung sowie Wärme- oder Verschleißbeständigkeit überprüft werden müssen. Prototypen aus Aluminium 7075, Ti-6Al-4V oder Inconel 718 werden verwendet, um die reale Leistungsfähigkeit in Branchen wie Luft- und Raumfahrt, Automobil oder Medizintechnik zu bestätigen. Durch DFM-Analysen lassen sich die Kosten dennoch senken, indem Geometrien optimiert, übermäßige Toleranzen reduziert und Sekundärprozesse wie Wärmebehandlung oder Elektropolieren nur auf kritische Flächen angewendet werden.
Einfluss von Oberflächenbehandlung und Nachbearbeitungskosten
Kunststoffprototypen erfordern selten umfangreiche Nachbearbeitung, während Metallteile häufig Oberflächenbehandlungen wie Eloxieren, Pulverbeschichtung oder Verchromung benötigen, um Haltbarkeit und Ästhetik zu erzielen. Diese Bearbeitungsschritte erhöhen sowohl die Durchlaufzeit als auch die Kosten. Kunststoffe wie PEEK oder Polycarbonat können bereits nach der Bearbeitung hochwertige Oberflächen erzielen, wodurch Beschichtungen oft überflüssig werden.
Zusammenfassung der Kosteneffizienz nach Prototypenphase
Frühe Konzeptphase: Kunststoffbearbeitung oder Kleinserienfertigung bietet die schnellste und kostengünstigste Option.
Funktionstests oder Belastungsprüfungen: Metallbearbeitung liefert realistische Daten, allerdings zu höheren Kosten.
Designvalidierung für Großserienproduktion: Hybrides Prototyping – Kunststoff für das Design, Metall für die Leistungsprüfung – bietet ausgewogene Effizienz.
