CNC-Bearbeitung ist in vielen Fertigungsprozessen Standard – sie gewährleistet Präzision, schnelle Arbeitsabläufe und die Möglichkeit zur Kostenoptimierung. In den meisten Fällen basiert sie auf der bekannten und bewährten Technologie der Zerspanung und hat dank der Verwendung einer automatisierenden numerischen Steuerung die Effizienz um ein Vielfaches gesteigert. Trotz ihrer zahlreichen Vorteile scheint diese bekannte Technologie seit einigen Jahrzehnten in einigen Bereichen durch den 3D-Druck verdrängt zu werden. Dabei handelt es sich um ein additives Fertigungsverfahren, mit dem Objekte mit einer bestimmten Form aus vielen Materialien hergestellt werden können, das sich jedoch erheblich von der Zerspanung unterscheidet.
Was sind die wesentlichen Unterschiede zwischen CNC-Bearbeitung und 3D-Druck und wie können diese Lösungen durch ihren richtigen Einsatz nebeneinander bestehen?
Was ist CNC-Bearbeitung und wo wird sie eingesetzt?
CNC-Bearbeitung ist ein Begriff, der viele Formen des Zerspanens umfasst – vom Fräsen über Drehen und Schleifen bis hin zum Laserschneiden, Wasserstrahlsystemen oder Elektroerosionsbearbeitung (EDM). Der Einfachheit halber werde ich „CNC-Zerspanung“ als „CNC-Bearbeitung“ bezeichnen.
Allen diesen Bearbeitungsmethoden ist die Verwendung einer numerischen Steuerung gemeinsam, die eine hohe Präzision und Wiederholgenauigkeit der ausgeführten Arbeit gewährleistet, die bei herkömmlichen (manuell gesteuerten) automatischen Geräten vom Bediener ausgeführt oder direkt kontrolliert werden muss. Meistens: manuell oder anhand von Vorlagen. Das Zerspanen ist eine Form der spanenden Bearbeitung, d. h. der Herstellungsprozess basiert auf der Entfernung von überschüssigem Material aus einem Block in Form von Spänen. Das bedeutet, dass das Endprodukt leichter ist als das Material, aus dem es hergestellt wurde.
Dies ermöglicht die präzise Formgebung von Objekten und die Herstellung nahezu beliebiger Formen, insbesondere mit Hilfe von fortschrittlichen CNC-Fräsmaschinen (z. B. 5-Achsen-Fräsmaschinen), die manchmal durch Elektroerosionsmaschinen unterstützt werden, um schwer zugängliche Innenflächen präzise zu formen. Derzeit wird die CNC-Bearbeitung in der Herstellung von Teilen für fast alle Branchen eingesetzt – zu den wichtigsten Abnehmern der so hergestellten Elemente zählen:
- die Automobilindustrie,
- die Luftfahrtindustrie,
- die Medizinbranche,
- die Raumfahrtindustrie,
- die breit gefasste Haushaltsgeräte- und Unterhaltungselektronikbranche,
- die Computerindustrie,
- die Elektroindustrie,
- die Energiebranche
- und viele, viele mehr.
Was ist 3D-Druck und wo wird er eingesetzt?
Der 3D-Druck – also das räumliche Drucken – ist eine relativ neue Technologie zur Herstellung von Objekten (entwickelt 1984 und patentiert 1986). Es handelt sich um eine additive Technologie (manchmal auch als „additive Fertigung“ bezeichnet), d. h. das Objekt wird „aufgebaut“ – Schicht für Schicht – aus einem ausgewählten Material. Der Begriff „dreidimensionaler Druck“ umfasst viele Technologien und Produktionsmethoden, die sich sowohl hinsichtlich des Mediums, aus dem die Objekte hergestellt werden (Polymer, Metalllegierungen usw.), als auch hinsichtlich des Prozesses des „Hinzufügens“ weiterer Schichten unterscheiden.
Zu den beliebtesten 3D-Drucktechniken gehören:
- FDM (Fused Deposition Modelling) – eine der beliebtesten 3D-Drucktechnologien, bei der thermoplastisches Material durch spezielle Düsen in einer bestimmten Reihenfolge „ausgepresst“ wird und beim Abkühlen die Grundlage für die nächste Schicht bildet,
- DLP (Digital Light Processing) – nutzt die Lichthärtung aufeinanderfolgender Schichten des aufgetragenen Polymers,
- SLA (Stereolithografie) – bei der spezielle lichtempfindliche Harze verwendet werden (die einzelnen Schichten härten bei Kontakt mit Licht mit geeigneten Parametern aus),
- SLS (selektives Lasersintern) – bei dem einzelne Schichten aus Polymerstaub durch einen Laser, der eine vorgegebene Bewegung ausführt, im Schmelzprozess „hinzugefügt“ werden,
- DMLS (Direct Metal Laser Sintering) – also praktisch 3D-Druck aus Metall – das Prinzip ist das gleiche wie bei SLS, jedoch werden pulverförmige Legierungen verwendet, die Schicht für Schicht aufgetragen und mit Licht mit entsprechenden Parametern verschmolzen werden.
Es ist erwähnenswert, dass das Verfahren zum Hinzufügen weiterer Materialschichten auf der CNC-Technologie (numerische Steuerung) basiert – vor allem dank der Präzision bei der Ausführung komplexer Bewegungsabläufe. Der 3D-Druck hat derzeit viele Anwendungsbereiche und ermöglicht mit der Weiterentwicklung dieser Technologie die Verwendung immer neuer Materialien. Während Polymere (z. B. PVA oder Nylon) nach wie vor am beliebtesten sind, werden immer häufiger auch weniger offensichtliche Materialien für den 3D-Druck verwendet, wie Metall, Beton, Harze oder menschliches Gewebe.
Derzeit wird der 3D-Druck in Situationen eingesetzt, die die Herstellung von Teilen mit komplexen Geometrien erfordern, insbesondere komplexen Strukturen innerhalb von Elementen, die mit herkömmlichen Fertigungsmethoden nicht realisierbar sind. Dies betrifft sowohl die Bearbeitung auf CNC-Maschinen (manchmal sogar mit elektroerosiven Geräten) als auch die präzisesten Gussformen.
Zu den aktuellen Anwendungsbereichen von 3D-Druckern gehören:
- schnelle Prototypenentwicklung, insbesondere die Einzelfertigung von Objekten,
- die Herstellung kleiner Teile für Hobbyzwecke,
- die Herstellung von Spezialobjekten wie Prothesenelementen,
- die Herstellung von Gadgets,
- die Produktion kleiner Stückzahlen von Teilen mit komplexen Geometrien und Strukturen, die mit anderen Methoden nicht realisierbar sind,
- in naher Zukunft das „Drucken“ von Organen (3D-Bioprinting ermöglicht derzeit die Herstellung von Geweben).
Die wichtigsten Unterschiede zwischen CNC-Bearbeitung und 3D-Druck sowie der Verwendung von Teilen
Um die Unterschiede zwischen diesen beiden Technologien besser zu verstehen, lohnt es sich, die Unterschiede zwischen additiver Fertigung und Zerspanung (d. h. 3D-Druck und CNC-Bearbeitung) darzustellen:
- Bearbeitungsmethode:
Der 3D-Druck ist ein additives Verfahren, d. h., um ein Objekt/Teil herzustellen, wird Material „hinzugefügt“; die CNC-Bearbeitung ist ein subtraktives Verfahren, d. h., um ein Objekt zu formen, wird überschüssiges Material entfernt.
- Anwendung:
Der 3D-Druck wird zum Standard bei der Herstellung kleiner Stückzahlen und der schnellen Prototypenentwicklung; die CNC-Bearbeitung gilt als die naheliegende Wahl für die Massenproduktion.
- Reifegrad der Technologie und ihre Eignung für die Massenproduktion:
Selbst im industriellen 3D-Druck (z. B. beim Drucken von Titan-Einlasskrümmern) ist diese Technik noch jung und bietet keine ausreichend hohe Produktionsgeschwindigkeit. Das Drucken eines Objekts dauert (je nach Komplexität, Material und verwendetem Drucker) zwischen einigen Minuten und mehreren Dutzend Stunden; bei CNC-Werkzeugmaschinen ist die Zeit bis zum Start des Prozesses deutlich länger, die Bearbeitung selbst dauert jedoch nur wenige Sekunden bis zu mehreren Stunden.
- Erreichbare Ergebnisse und Präzision der Teile:
Bis vor kurzem war die Bedienung eines 3D-Druckers mit großer Frustration verbunden, insbesondere bei älteren Geräten (was sich in verschiedenen Fotos im Internet zeigt, die komplizierte – und recht teure – Spaghetti zeigen, die nach „Beendigung“ des Prozesses aufgrund einer schlechten Befestigung der Basis oder einer schlechten Verbindung des verwendeten Thermoplasts aus der Druckerkammer entnommen wurden). Natürlich hat sich dies deutlich verbessert, aber die gedruckten Objekte müssen immer noch nachbearbeitet werden. Teile, die nach dem Formen in einer Fräs- oder Drehmaschine spanend bearbeitet werden, müssen nur noch „geschliffen“ werden, um ihre endgültige Form zu erhalten, obwohl dies nicht die Regel ist. Es ist anzumerken, dass beide Technologien für einen ordnungsgemäßen Betrieb mindestens gut kalibrierte Maschinen erfordern.
- Komplexität der hergestellten Teile:
3D-Drucker ermöglichen die Herstellung von Objekten mit Geometrien und inneren Strukturen, die mit herkömmlichen Fertigungsmethoden nicht realisierbar sind. Andererseits eignen sie sich nicht für die Herstellung von langen oder großen Teilen, insbesondere im Vergleich zur numerischen Zerspanung,
- Arbeitssicherheit:
Viele der im 3D-Druck verwendeten Materialien sind potenziell schädlich (toxisch, krebserregend), weshalb die meisten additiven Verfahren in speziellen belüfteten Kammern durchgeführt werden. Es ist anzumerken, dass viele Zerspanungsverfahren ebenso wie zusätzliche galvanische Verfahren (Eloxieren usw.) potenziell gesundheitsgefährdend für die Bediener sein können.
Zweifellos handelt es sich hierbei um sich ergänzende und in vielerlei Hinsicht miteinander verbundene Technologien (z. B. die Tatsache, dass sie auf CNC-Steuerung basieren). Gleichzeitig führen die genannten Unterschiede dazu, dass in Situationen, in denen ein einzelnes Teil mit komplexer Form (insbesondere Innenform) hergestellt werden muss, der 3D-Druck die bessere Wahl ist. Ähnlich verhält es sich, wenn eine schnelle Prototypenerstellung oder die Herstellung eines Musterobjekts erforderlich ist, dessen endgültige Form später in einen CNC-Bearbeitungsauftrag umgewandelt wird.
Das Zerspanen bleibt die offensichtliche Wahl für die Massenproduktion, die alle Erkenntnisse aus der vorherigen Prototypenerstellung berücksichtigt und eine schnelle Herstellung großer Stückzahlen ermöglicht. Die Kombination der Möglichkeiten beider Technologien ermöglicht eine erhebliche Beschleunigung der Produktion und führt zu einer Kostensenkung – insbesondere wenn die 3D-Prototypen bereits mehrfach getestet wurden und der Auftraggeber über einsatzbereite Entwürfe verfügt.
CNC Bearbeitung - setzen Sie sich mit uns in Verbindung
Bei RADMOT bieten wir sowohl CNC Fräsen, CNC Drehen, als auch andere Dienstleistungen an – Waschen, Eloxieren von Aluminium, Lasermarkierung und Montage.
Nehmen Sie Kontakt mit uns auf und sagen Sie uns, was Sie brauchen. Wir haben eine Menge Erfahrung. Wir bieten seit fast 40 Jahren CNC-Dienstleistungen an. Unser Angebot ist völlig kostenlos. Und wenn Sie sich nicht sicher sind, welche Technologie für Sie am besten geeignet ist, steht Ihnen unser Fachwissen zur Verfügung.
