Das Wissen der meisten Menschen über Fertigungs- und Prototyping-Technologien von heute besteht größtenteils aus dem, was sie in der Schule lernen oder was sie zufällig im Internet finden.
Viele kennen zumindest die Grundlagen des 3D-Drucks, der nachhaltige und umweltfreundliche Fertigungsmöglichkeiten bietet. Doch obwohl der 3D-Druck immer beliebter wird, kann er noch nicht mit den Möglichkeiten der vielfältigen CNC-Maschinen mithalten, die von unzähligen Unternehmen weltweit eingesetzt werden.
Obwohl die CNC-Bearbeitung außerhalb der Branche weit weniger bekannt ist, war sie bei ihrer Einführung geradezu revolutionär und ist nach wie vor eine unersetzliche Fertigungsmethode, die für eine Reihe von Branchen, darunter die Luft- und Raumfahrt, die Medizin und die Automobilindustrie , von entscheidender Bedeutung ist.
Aber was genau sind CNC-Maschinen? Und wie kann man sie zur Konstruktion verschiedener Bauteile einsetzen?
Lassen Sie uns den Prozess der Teilekonstruktion mit CNC-Bearbeitung und die Entscheidungen, die Sie im Folgenden treffen müssen, genauer betrachten.
Was ist CNC-Bearbeitung?
Die CNC-Bearbeitung ist eine Art der maschinellen Bearbeitung , bei der computergesteuerte numerische Steuerungstechnologie zur Ausführung spezifischer Aufgaben und Bewegungen eingesetzt wird .
Es nimmt ein Ausgangsmaterial und bearbeitet es dann mit einer Reihe von Bohrern, Drehmaschinen und Fräsmaschinen, bis das Teil genau den Abmessungen der digitalen Konstruktion entspricht, die als Grundlage diente.
Im Gegensatz zum 3D-Druck , bei dem Materialien zu einer Form zusammengeformt werden, ist die CNC-Bearbeitung ein subtraktives Verfahren, bei dem Schichten des Materials abgetragen werden, bis die gewünschte Form erreicht ist.
Ein weiterer wichtiger Unterschied liegt im CNC-Verfahren selbst. Im Gegensatz zu manuell bedienten Maschinen ist der Prozess mit CNC-Technologie vollständig automatisiert, was bedeutet, dass für die Durchführung eines Projekts deutlich weniger Überwachung erforderlich ist.
Darüber hinaus bedeutet der automatisierte Prozess auch, dass die Wahrscheinlichkeit menschlicher Fehler auf ein Minimum reduziert wird und jede Kopie des Teils bis ins kleinste identifizierbare Detail mit dem Original identisch ist.
Doch auch wenn der Prozess sehr effizient sein kann, müssen viele Dinge beachtet werden, um kostspielige Fehler zu vermeiden und einen reibungslosen Projektablauf zu gewährleisten.
Lassen Sie uns einige der wichtigsten Aspekte bei CNC-Maschinen betrachten, um Ihnen ein besseres Verständnis des Konstruktionsprozesses verschiedener Teile zu vermitteln.
Arten von CNC-Maschinen
Auch wenn CNC-Bearbeitung ein ausreichend spezifischer Begriff zu sein scheint, umfasst er tatsächlich eine Reihe verschiedener CNC-Maschinentypen , wie zum Beispiel Fräsmaschinen oder Drehmaschinen.
Verschiedene Maschinen haben ihre eigenen Stärken und typischen Einsatzgebiete, die man kennen sollte, um optimale Ergebnisse zu erzielen.
Eine Drehmaschine ist eine beliebte Option, insbesondere für die Gestaltung zylindrischer Formen, da sie eine Vielseitigkeit und Kosteneffizienz bietet, die von anderen Fertigungsarten nur schwer erreicht werden kann.
Eine weitere Standardoption ist die CNC-Fräsmaschine , die Werkzeugwege in 3 Achsen abfährt und somit vielfältige Möglichkeiten zur Teileherstellung bietet und gleichzeitig den Materialabfall auf ein Minimum reduziert.
Es gibt zwei Arten von Fräsmaschinen – vertikale und horizontale CNC-Fräsmaschinen . Beide verwenden ein Schneidwerkzeug, das mit dem Maschinenbett ausgerichtet ist; der Hauptunterschied besteht darin, dass die eine vertikal und die andere horizontal arbeitet.
Mögliche Materialien
Bei der Konstruktion und Fertigung eines Bauteils ist eine der ersten wichtigen Entscheidungen, die Sie treffen müssen, die Wahl des Materials.
Und die gute Nachricht ist, dass Ihnen bei der Verwendung von CNC-Maschinen für die Prototypenerstellung oder die Fertigung Ihrer Teile eine breite Palette an Materialoptionen zur Verfügung steht.
Bei der Auswahl sollten Sie unter anderem folgende Faktoren berücksichtigen: die benötigte Haltbarkeit und Härte, die Steifigkeit, die Beständigkeit gegenüber verschiedenen Chemikalien sowie die mechanischen Eigenschaften. In manchen Fällen können auch ästhetische Aspekte eine Rolle spielen, die anderen Faktoren sollten jedoch Vorrang haben.
Das Tolle an der CNC-Bearbeitung ist, dass sie eine Vielzahl unterschiedlicher Materialien unterstützt , darunter Stahl, Kupfer, Messing und Aluminium , um nur einige zu nennen. Das bedeutet, dass Sie Ihr Design an seine individuellen Anforderungen anpassen und die besonderen Eigenschaften verschiedener Metalle nutzen können.
In manchen Fällen sind Kunststoffe sinnvoller, da sie sich auch von CNC-Maschinen problemlos verarbeiten lassen. Nylon ist wahrscheinlich die beliebteste Option, aber auch ABS, Polycarbonat, Delrin und sogar PTFE eignen sich, wenn eine geringe Feuchtigkeitsaufnahme erforderlich ist.
Passformanforderungen
Es gibt einen Grund dafür, warum die NASA und andere Raumfahrtprogramme die CNC-Bearbeitung so häufig einsetzen – es ist ein Fertigungsverfahren, das dabei hilft, bei jedem einzelnen Teil eine unübertroffene Präzision zu erreichen.
Aber obwohl die Technologie unglaublich genau ist, gibt es in der Regel dennoch eine Toleranzgrenze für die Abweichung einer Dimension, auch wenn die Zahlen im Allgemeinen minimal sind.
Die Standardtoleranz für CNC-Maschinen beträgt ± 0.125 Millimeter, was praktisch nicht wahrnehmbar ist. Doch selbst diese Toleranz kann in Situationen, in denen es auf jeden Bruchteil eines Millimeters ankommt, zu groß sein. Daher ist es möglich, die Toleranz auf ± 0.050 mm oder sogar weniger zu verringern.
Bei der Konstruktion eines Bauteils muss man genau wissen, welche Toleranzen zulässig sind und den potenziellen Nutzen einer Minimierung von Abweichungen gegen die erhöhten Kosten einer Verringerung der Toleranzen über die Normen hinaus abwägen.
Bedenken Sie, dass CNC-Maschinen in den meisten Fällen bereits unglaublich genau sind, sodass Unvollkommenheiten wahrscheinlich keinen Einfluss auf die Leistung und Passgenauigkeit Ihres Teils haben werden.
Sie sollten auch über die Konstruktion Ihres Bauteils nachdenken und darüber, wie es so verändert werden kann, dass es besser zu den Möglichkeiten von CNC-Maschinen passt.
Wenn Ihre Konstruktion beispielsweise Löcher erfordert, können Sie möglicherweise Kosten sparen, indem Sie die Bohrung vollständig durchführen lassen, anstatt die Maschine nur teilweise in das Material bohren zu lassen.
Sie sollten auch bedenken, wie dünn die Wände sein können. Das hängt nicht nur vom Entwurf selbst ab, sondern auch vom Material, das Sie letztendlich für Ihr Projekt wählen.
Vermeiden Sie schließlich komplexe Merkmale für Ihr Bauteil, da dies die Auswahl an geeigneten CNC-Maschinen einschränken kann. Überlegen Sie insbesondere, ob Sie Schwalbenschwanz- oder T-Nut-Hinterschnitte benötigen, da diese Spezialwerkzeuge und einen hohen Arbeitsaufwand erfordern.
Optionen beenden
Ein weiterer wichtiger Aspekt bei der Konstruktion von Teilen mit CNC-Maschinen ist die gewünschte Oberflächenbeschaffenheit. Es gibt zahlreiche Optionen, daher sollten Sie abwägen, ob Sie Oberflächenunebenheiten tolerieren können, die die Funktion des Teils nicht beeinträchtigen.
Bei der Verwendung einer CNC-Fräsmaschine ist es wahrscheinlich, dass die gefräste Oberfläche, obwohl sehr präzise, sichtbare Werkzeugspuren hinterlässt, die sich auf die Ästhetik des Werkstücks auswirken können.
Anodisieren ist eine weitere mögliche Oberflächenbehandlung – dabei wird mithilfe von Elektrolyten eine Oxidschicht auf Metallteile aufgebracht. Diese Oberflächenbehandlung gibt es in verschiedenen Varianten, wobei einige besser für die Luft- und Raumfahrt und andere besser für Motorenteile und eine Reihe weiterer Anwendungen geeignet sind.
Alternativ können Sie sich für das Kugelstrahlen entscheiden. Dabei werden Oberflächenablagerungen durch das Aufbringen feiner Glasperlen unter hohem Druck entfernt. Kugelstrahlen gilt als gute Wahl, wenn Sie Ihr Bauteil optisch aufwerten möchten. Allerdings ist das Verfahren manuell, wodurch immer die Möglichkeit von Unregelmäßigkeiten besteht.
Wichtige Tipps
Wie Sie sich vorstellen können, kann die Konstruktion von Bauteilen mit CNC-Maschinen ein komplizierter Prozess sein, der viele wichtige Entscheidungen erfordert. Hier sind daher ein paar Tipps, die Ihnen helfen werden, die besten Ergebnisse zu erzielen.
Zunächst einmal sollten Sie sich unbedingt mit den Grenzen der verwendeten Materialien und der gewünschten Bearbeitungsmethode vertraut machen. Die CNC-Bearbeitung hat ihre Stärken und Schwächen, und manche Teile eignen sich einfach nicht optimal für die Herstellung mit dieser Technologie.
Dünne Wände, winzige Details und sogar ungewöhnliche Hohlräume können nicht nur die Projektkosten in die Höhe treiben, sondern auch die Stabilität des Bauteils erheblich beeinträchtigen.
Da jedoch jedes Bauteil einzigartig ist, ist es manchmal die einzige Möglichkeit, die gewünschten Ergebnisse zu erzielen, sich an Personen zu wenden, die bereits ähnliche Situationen erlebt haben.
Wenn Sie sich für ein zuverlässiges CNC-Bearbeitungsunternehmen entscheiden , kann dieses Ihre Teileanforderungen prüfen und Ihnen Empfehlungen geben, welche Werkzeuge und Maschinen am besten für die Bearbeitung des Auftrags geeignet sind.
Ein erfahrener Spezialist kann sich auch Ihren Entwurf ansehen und Ihnen Vorschläge zu den am besten geeigneten Materialien, der für Ihre Bedürfnisse passenden Oberflächenbehandlung und der Maschine unterbreiten, die Ihnen die kostengünstigste Lösung sowie die gleichmäßigsten und zuverlässigsten Ergebnisse bietet.
Sie können Ihnen auch in verschiedenen Situationen spezifische Einblicke geben und so dazu beitragen, kostspielige Probleme wie die Verformung von Teilen bei der CNC-Bearbeitung von Aluminium zu vermeiden.
Manchmal stellt man fest, dass scheinbar geringfügige Änderungen am Design, die die Leistung des Bauteils nicht beeinträchtigen, die Produktionskosten erheblich senken können . Daher lohnt es sich auf jeden Fall, sich zu Beginn des gesamten Prozesses die Zeit zu nehmen, die verschiedenen Optionen zu prüfen.
