Cost-Benefit Analysis: CNC Machining vs. Spritzgießen for Low-Volume Plastics
Der Niedrig-Volume Dilemma
Wenn production volumes fall zwischen 50 und 5,000 units, der choice zwischen CNC machining und injection molding ist nicht obvious. Injection molding offers unter per-teil kosten bei volume but requires $5,000-$100,000+ in tooling. CNC machining eliminates tooling amortization but incurs higher per-teil kosten — und für complex geometries, kann nicht sein feasible bei alle. Der break-even point varies dramatically durch teil geometry, material, tolerance requirements, und surface finish specifications.
Kosten Model
Spritzgießen Total Cost = Tooling Amortization + (Material Cost × Part Weight × Scrap Factor) + Machine Hourly Rate × Zykluszeit + Post-Processing (degating, trimming). CNC Machining Total Kosten = (Material Cost × Stock Volume) + Machine Hourly Rate × Zykluszeit + Fixturing Cost + Post-Processing (deburring, surface finishing).
Break-Even Analysis durch Material
| Material | Tooling Kosten (Form) | IM Teil Kosten @ 500 pcs | CNC Teil Kosten @ 500 pcs | Break-Even Volume |
|---|---|---|---|---|
| ABS | $8,000-15,000 | $2.50 | $35 | ~850 units |
| Acetal (POM) | $10,000-18,000 | $3.80 | $42 | ~700 units |
| PEEK | $18,000-35,000 | $22 | $85 | ~450 units |
Key insight: Für PEEK und andere hoch-leistung polymers, der break-even point shifts dramatically toward injection molding bei unter volumes because der raw material kosten dominates CNC economics — PEEK stock shapes (rod, plate) kosten 3-5× mehr per kg als PEEK injection molding pellets. Dies ist ein crucial factor missed durch generic kosten models das assume equivalent material pricing.
Wenn CNC Machining Wins — Regardless von Volume
- Sehr tight tolerances: CNC können halten ±0.025 mm; injection molding typically ±0.1 mm für PEEK due zu anisotropic shrinkage.
- Thick sections (>6 mm): Injection molding thick PEEK sections generates sink marks und internal voids von crystallization shrinkage; CNC von fest stock eliminates dies.
- Prototype validation vor tooling investment: CNC machine 5-10 prototypes für fit/function testing; invest in injection mold tooling nur nach design freeze.
References & Industry Standards
- ASTM International. Norm Specifications für Engineering Plastics & Thermoplastics. astm.org
- ISO. ISO 1043 — Plastics — Symbols und Abbreviated Terms. iso.org
- National Institute von Standards und Technology (NIST). Polymer Eigenschaften Database. nist.gov
- UL Prospector. Plastics & Elastomers Material Database. ulprospector.com
- MatWeb — Material Property Daten. matweb.com