![Design Tip](/media/5119/design-tip-hero.jpg?width=1920&height=290&v=1d2603cc8595e50)
Eingrenzung der Werkstoffoptionen für die CNC-Bearbeitung
Bei der Wahl von Werkstoffen aus dem immensen Angebot an Metall- und Kunststoffoptionen, gibt die Funktion den Ausschlag
Auswahl ist gut. In den meisten Fällen gilt: Je größer die Auswahl, desto höher die Chance, genau das Richtige zu finden. Aber eine große Auswahl bedeutet auch, dass die Suche nach dem perfekten Material komplizierter wird.
Vor diesem Dilemma stehen alle, deren Aufgabe es ist, ein Produkt zu entwerfen und zu entwickeln und ein Material für die CNC-Bearbeitung auszuwählen. Die Materialauswahl ist reichhaltig. Ihr Design hat einen ganz bestimmten Zweck und Sie kennen die Anforderungen besser, als alle anderen. Angesichts des "Überangebots" an Möglichkeiten hier ein paar Tipps, wie Sie anhand Ihrer Kenntnis von Funktion und Anwendung Ihres Teils die Werkstoffoptionen eingrenzen, die Suche einfacher gestalten und das bestmögliche Ergebnis erzielen können:
- Bestimmen Sie die funktionsbedingten Anforderungen
- Identifizieren Sie gängige Werkstoffe für die CNC-Bearbeitung
- Erwägen Sie geeignete Nachbearbeitungsverfahren
- Verwenden Sie Prototypen
![Abbildung für CNC-Materialien mit unterschiedlichen Eingenschaften](/media/1018961/pl-dt-december-570x308-conduct-insulate-dissipate.png?width=570&height=308&v=1d5af34e642df00)
Prioritäten setzen
Ordnen Sie die Anforderungen an Ihr Teil zunächst nach Priorität. Beginnen Sie mit dem absolut Notwendigen und überlegen Sie sich dann, was sonst noch wünschenswert wäre. Auf diese Weise finden Sie bestimmt heraus, welche Werkstoffe in die engere Wahl kommen, und können eine fundierte Entscheidung treffen. Bei Protolabs setzen wir hochentwickelte Software ein, um Ihr CAD-Design zu prüfen und ein Angebot zu erstellen. Aber Ihre Anwendung kennen wir nicht. Nur Sie kennen die Bedingungen, unter denen Ihr Teil funktionieren muss, und wissen, wie es in eine Baugruppe passen soll. Diese Informationen sind entscheidend für die Entwicklung Ihres Produkts und liefern mögliche Punkte für Ihre Prioritätenliste:
- Umgebungstauglichkeit: Für viele hat dieser Punkt die höchste Priorität. Umgebungsabhängige Faktoren sind Wärme- und Kältebeständigkeit, flammhemmende Eigenschaften und Beständigkeit gegen UV-Licht und Chemikalien. Je nach Anwendung müssen die Werkstoffe vielleicht lebensmitteltauglich oder medizinisch verträglich sein. Bedenken Sie jeden Aspekt der Anwendung eines Teils. So müssen zum Beispiel Teile eines medizinischen Geräts den hohen Temperaturen im Autoklaven oder der Sterilisierung durch scharfe Chemikalien standhalten.
- Elektrische Eigenschaften: Darunter fallen verschiedene Faktoren. Manche Teile sollen leitfähig sein, andere sollen isolieren. Vielleicht muss statische Aufladung abgeleitet werden. In allen diesen Fällen kommt es auf die Wahl des richtigen Metalls oder Kunststoffs an.
- Mechanische Eigenschaften: Es gibt verschiedene Arten der Festigkeit. Die Spanne zwischen Festigkeit und Flexibilität ist breit. In manchen Fällen ist Zug- oder Druckfestigkeit oder auch Stoßfestigkeit besonders wichtig. Teile, die als Lager fungieren, müssen verschleißfest und vielleicht auch gleit- oder schmierfähig sein. Unterschiedliche Werkstoffe werden diesen Anforderungen in unterschiedlichem Maße gerecht.
- Kosmetische Eigenschaften: Oft sind kosmetische Gesichtspunkte sekundär, jedoch gibt es auch Fälle, in denen sie entscheidend sind. Mit den richtigen Werkstoffen lassen sich transparente oder durchscheinende Teile produzieren. Manche Materialien, meist Kunststoffe, sind in verschiedenen Farben lieferbar, während Metalle durch Nachbearbeitung eine bestimmte Farbe erhalten können. Auch gibt es Anwendungen, für die eine bestimmte Oberflächenstruktur, ob rutschfest oder hochglänzend, verlangt wird oder von Vorteil wäre.
- Größe: Zwar können durch Maschinenbearbeitung Teile in verschiedenen Größen gefertigt werden, doch manchmal sind der Teilegröße durch den Rohling Grenzen gesetzt.
- Kosten: Die Kosten sind oft ein wichtiger Faktor, der irgendwo zwischen dem Zwingenden und dem Wünschenswerten einzuordnen ist.
![Illustration von CNC-Materialblöcken](/media/1018960/pl-dt-december-570x308-materials.png?width=570&height=308&v=1d5af34e6171410)
Ermitteln gängiger Werkstoffe für spanende Bearbeitung
Im Lauf der Jahre haben unsere Techniker diverse Materialien identifiziert, die sich gut für zerspanende Verfahren eignen und bei unseren Kunden sehr beliebt sind. Bei den Metallen sind das zum Beispiel Aluminium, Messing, Kupfer, Edelstahl und Stahl. Bei den Kunststoffen werden unter anderem Polyetheretherketon (PEEK), ABS, Acetal, Nylon, Polycarbonat, Polyvinylchlorid (PVC) sowie High-Density- und Low-Density-Polyethylen von Designern gerne gewählt. Protolabs bietet Kunststoff- und Metallwerkstoffe in über 40 verschiedenen Qualitäten an. Einige der beliebtesten CNC-Werkstoffe und ihre Merkmal sind:
ABS vs. Acetal
- ABS besitzt hohe Stoßfestigkeit, niedrige Wärmeleitfähigkeit und einen niedrigen Reibungskoeffizienten
- Acetal zeichnet sich durch hohe mechanische Festigkeit, gute Maßhaltigkeit und niedrige Feuchtigkeitsaufnahme aus
PEEK vs. Ultem
- PEEK bietet hohe Abrieb- und Verschleißfestigkeit, niedrige Feuchtigkeitsaufnahme und eine niedrige Reibungskoeffizienten
- Ultem (PEI) besitzt außerordentlich hohe Festigkeit sowie Steifigkeit, Chemikalienbeständigkeit und hohe Durchschlagfestigkeit
Aluminum 6061 vs 7075
- 6061 zeichnet sich durch hervorragende Zerspanbarkeit, günstige Kosten und Vielseitigkeit aus
- 7075 bietet hohe Festigkeit, Härte, geringes Gewicht und Wärmebeständigkeit
![Abbildung von eloxierten und chromatierten CNC-Teilen](/media/1018959/pl-dt-december-570x308-anodizing-chromate.png?width=570&height=308&v=1d5af34e5f27510)
Oberflächenqualität und Nachbearbeitungsoptionen
Neben der großen Auswahl an Werkstoffen sind auch die verschiedenen Nachbearbeitungsverfahren zu erwägen. Fällt die Wahl zum Beispiel auf eine der verfügbaren Aluminiumlegierungen – 2024, 6082 und 7075 –, ist Folgendes zu beachten: (6082 eignet sich für die meisten Anwendungen, 2024 und 7075 haben speziellere Eigenschaften, die bei der Wahl des Verfahrens berücksichtigt werden müssen) .
Für Entwürfe mit Gewinden gibt es ebenfalls verschiedene Optionen. Wenn Beanspruchung und Verschleiß des Gewindes minimal sind, empfiehlt sich ein einfaches eingefrästes Gewinde als wirtschaftliche Option. Wo Beanspruchung oder Verschließ höher sind, kann ein austauschbarer Einsatz – ein Drahtgewindeeinsatz oder ein Einsatz mit Sperrkeilen – die Lebensdauer des Teils verlängern. Der Einsatz mit Sperrkeilen ist für sehr hohe Gewindebeanspruchung zu empfehlen.
Und schließlich muss noch das Fertigungsverfahren ausgewählt werden: 3-Achs- oder 5-Achs-Fräsen oder Drehen. Dieses hängt in der Regel vom Teiledesign ab. Nach der anfänglichen Prüfung des Teils beim Angebotsprozess empfiehlt Protolabs die effizienteste und wirtschaftlichste Fertigungsmethode.
Verwendung von CNC-Prototypen
Die CNC-Bearbeitung wird oft für Produktionsteile für den Endgebrauch, zum Beispiel für Vorrichtungen in kleinen Mengen oder Komponenten in kleinen Serien, verwendet. Oft wird sie jedoch auch zur Herstellung von Prototypen für Teile eingesetzt, die schließlich in viel größeren Mengen, zum Beispiel im Spritzgussverfahren, produziert werden sollen. In solchen Fällen sparen Sie Geld, indem Sie die ersten Prototypen durch CNC-Bearbeitung statt Spritzgießen anfertigen. Dazu benötigen Sie zerspanbare Werkstoffe, die dem für die endgültige Produktion verwendeten Material möglichst ähnlich oder gar mit ihm identisch sind. Wenn Sie wissen, welche Werkstoffe oder Materialien für das Spritzgussteil in Frage kommen, können Sie sich bei den Optionen für den CNC-Prototypen danach richten.
Zum Beispiel sind einige beliebte Kunststoffe wie ABS und Acetal für Kunststoffteile für reguläre Anwendungen und PEEK und UItem für Hochtemperaturanwendungen auch in Blockform zum Zerspanen erhältlich. Wenn Sie für die CNC-Prototypen und die Spritzgussteile die gleichen Kunststoffe verwenden, können Sie die Designeigenschaften zuverlässig an den Prototypen testen.
Letztendlich ist es immer besser, aus einem umfassenden Materialangebot wählen zu können, als sich bezüglich der Optionen einschränken zu müssen. Wie immer gilt: Wenn Sie zusätzliche Hilfe benötigen, kontaktieren Sie bitte einen Protolabs-Anwendungstechniker telefonisch unter +49 (0) 89 905002 - 0 oder per E-Mail an [email protected]. Um Ihr nächstes Designprojekt noch heute ins Rollen zu bringen, laden Sie einfach ein 3D-CAD-Modell hoch. Sie erhalten innerhalb weniger Stunden ein interaktives Angebot.
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Protolabs fertigt auch größere CNC-Teile aus Aluminium 6082 und 7075. Die maximale Teilegröße beträgt 127 mm x 127 mm x 95,25 mm. Es gibt auch größere Blöcke mit 609 mm x 406,4 mm x 101,6 mm. Diese größeren Abmessungen kommen Unternehmen aus vielerlei Gründen entgegen. Wenn Designer oder Ingenieure zum Beispiel Vibrationstests durchführen müssen, sind diese größeren Blöcke vorzuziehen. Sie richten sich an Unternehmen in verschieden Branchen, aber insbesondere in der Luft- und Raumfahrt-, Verteidigungs- und Automobilindustrie. |
Und schon bevor Sie ein Design hochladen, können wir Ihnen behilflich sein, geeignete Materialien zu finden. Wir bieten einen kostenlosen Werkstoff-Selektor für die CNC-Bearbeitung im Taschenformat an. Er enthält eine Übersicht über Kunststoffe und Metalle für die CNC-Bearbeitung mit Maßen und Eigenschaften. Weitere Informationen und eine breitere Palette an Materialien finden Sie über externe Anbieter wie: SABIC, PolyOne, RTP und Boedeker Plastics.