CNC-Bearbeitung wird üblicherweise mit der Bearbeitung metallischer Werkstücke beschrieben. CNC-Bearbeitung ist jedoch nicht nur für Kunststoffe weit verbreitet, sondern zählt auch in vielen Branchen zu den gängigen Bearbeitungsverfahren.
Die Akzeptanz der Kunststoffbearbeitung als Fertigungsverfahren ist auf die große Auswahl an verfügbaren CNC-Kunststoffmaterialien zurückzuführen. Mit der Einführung der computergestützten numerischen Steuerung (CNC) wird der Prozess zudem präziser, schneller und eignet sich für die Herstellung von Teilen mit engen Toleranzen. Wie gut kennen Sie sich mit der CNC-Bearbeitung von Kunststoffen aus? Dieser Artikel beschreibt die prozesskompatiblen Materialien, verfügbare Techniken und weitere Aspekte, die Ihr Projekt unterstützen können.
Kunststoffe für die CNC-Bearbeitung
Viele bearbeitbare Kunststoffe eignen sich für die Herstellung von Teilen und Produkten verschiedener Branchen. Ihr Einsatz hängt von ihren Eigenschaften ab. Einige bearbeitbare Kunststoffe, wie beispielsweise Nylon, verfügen über hervorragende mechanische Eigenschaften, die es ihnen ermöglichen, Metalle zu ersetzen. Nachfolgend sind die gängigsten Kunststoffe für die kundenspezifische Kunststoffbearbeitung aufgeführt:
ABS:
Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) ist ein leichtes CNC-Material, das für seine Schlagfestigkeit, Festigkeit und hohe Bearbeitbarkeit bekannt ist. Obwohl es gute mechanische Eigenschaften aufweist, zeigt sich seine geringe chemische Stabilität in seiner Anfälligkeit gegenüber Fetten, Alkoholen und anderen chemischen Lösungsmitteln. Auch die thermische Stabilität von reinem ABS (d. h. ABS ohne Additive) ist gering, da das Kunststoffpolymer selbst nach Entfernen der Flamme brennt.
Vorteile
Es ist leicht, ohne seine mechanische Festigkeit einzubüßen.
Das Kunststoffpolymer ist gut bearbeitbar und daher ein äußerst beliebtes Material für die schnelle Prototypenentwicklung.
ABS hat einen niedrigen Schmelzpunkt (dies ist wichtig für andere Rapid-Prototyping-Verfahren wie 3D-Druck und Spritzguss).
Es verfügt über eine hohe Zugfestigkeit.
ABS weist eine hohe Haltbarkeit auf, was eine längere Lebensdauer bedeutet.
Es ist erschwinglich.
Nachteile
Bei Hitzeeinwirkung setzt es heiße Kunststoffdämpfe frei.
Um die Ansammlung solcher Gase zu verhindern, ist eine ausreichende Belüftung erforderlich.
Es hat einen niedrigen Schmelzpunkt, der durch die von der CNC-Maschine erzeugte Hitze zu Verformungen führen kann.
Anwendungen
ABS ist ein sehr beliebter technischer Thermoplast, der aufgrund seiner hervorragenden Eigenschaften und seines günstigen Preises von vielen Rapid-Prototyping-Dienstleistern zur Produktherstellung eingesetzt wird. Es wird in der Elektro- und Automobilindustrie zur Herstellung von Teilen wie Tastaturkappen, elektronischen Gehäusen und Armaturenbrettkomponenten eingesetzt.
Nylon
Nylon oder Polyamid ist ein reibungsarmer Kunststoff mit hoher Schlagfestigkeit, Chemikalienbeständigkeit und Abriebfestigkeit. Seine hervorragenden mechanischen Eigenschaften wie Festigkeit (76 MPa), Haltbarkeit und Härte (116R) machen es ideal für die CNC-Bearbeitung und verbessern seine Anwendung in der Automobil- und Medizinteilefertigung.
Vorteile
Hervorragende mechanische Eigenschaften.
Es verfügt über eine hohe Zugfestigkeit.
Kostengünstig.
Es ist ein leichtes Polymer.
Es ist hitze- und chemikalienbeständig.
Nachteile
Es weist eine geringe Dimensionsstabilität auf.
Nylon kann Feuchtigkeit leicht aufnehmen.
Es ist anfällig gegenüber starken Mineralsäuren.
Anwendungen
Nylon ist ein leistungsstarker technischer Thermoplast, der sich für die Prototypenentwicklung und Fertigung von Originalteilen in der Medizin- und Automobilindustrie eignet. Zu den aus dem CNC-Material gefertigten Komponenten gehören Lager, Unterlegscheiben und Rohre.
Acryl
Acryl oder PMMA (Polymethylmethacrylat) ist aufgrund seiner optischen Eigenschaften in der CNC-Kunststoffbearbeitung beliebt. Das Kunststoffpolymer ist lichtdurchlässig und kratzfest und wird daher in Branchen eingesetzt, die diese Eigenschaften benötigen. Darüber hinaus verfügt es über sehr gute mechanische Eigenschaften, die sich in seiner Zähigkeit und Schlagfestigkeit zeigen. Dank seiner geringen Kosten ist die CNC-Bearbeitung von Acryl eine Alternative zu Kunststoffpolymeren wie Polycarbonat und Glas geworden.
Vorteile
Es ist leicht.
Acryl ist äußerst chemikalien- und UV-beständig.
Es verfügt über eine hohe Bearbeitbarkeit.
Acryl hat eine hohe chemische Beständigkeit.
Nachteile
Es ist nicht besonders hitze-, stoß- und abriebfest.
Bei starker Belastung kann es reißen.
Es ist nicht beständig gegen chlorierte/aromatische organische Substanzen.
Anwendungen
Acryl kann Materialien wie Polycarbonat und Glas ersetzen. Daher wird es in der Automobilindustrie zur Herstellung von Lichtleitern und Blinkerabdeckungen sowie in anderen Branchen zur Herstellung von Solarmodulen, Gewächshausüberdachungen usw. eingesetzt.
POM
POM oder Delrin (Handelsname) ist ein hochbearbeitbarer CNC-Kunststoff, der von vielen CNC-Bearbeitungsdienstleistern aufgrund seiner hohen Festigkeit und Beständigkeit gegen Hitze, Chemikalien und Verschleiß bevorzugt wird. Es gibt verschiedene Delrin-Sorten, die meisten Branchen setzen jedoch auf die formstabilen Sorten Delrin 150 und 570.
Vorteile
Von allen CNC-Kunststoffen sind sie am besten bearbeitbar.
Sie verfügen über eine ausgezeichnete chemische Beständigkeit.
Sie verfügen über eine hohe Dimensionsstabilität.
Es verfügt über eine hohe Zugfestigkeit und Haltbarkeit und gewährleistet so eine längere Lebensdauer.
Nachteile
Es weist eine geringe Säurebeständigkeit auf.
Anwendungen
POM findet in verschiedenen Branchen Anwendung. So wird es beispielsweise in der Automobilindustrie zur Herstellung von Sicherheitsgurtkomponenten eingesetzt. Die Medizintechnikindustrie verwendet es zur Herstellung von Insulinpens, während die Konsumgüterindustrie POM zur Herstellung von elektronischen Zigaretten und Wasserzählern nutzt.
HDPE
Polyethylen hoher Dichte ist ein thermoplastischer Kunststoff mit hoher Beständigkeit gegen Belastungen und korrosive Chemikalien. Er bietet im Vergleich zu seinem Gegenstück hervorragende mechanische Eigenschaften wie Zugfestigkeit (4000 PSI) und Härte (R65). LDPE ersetzt ihn in Anwendungen mit solchen Anforderungen.
Vorteile
Es handelt sich um einen flexiblen, bearbeitbaren Kunststoff.
Es ist äußerst widerstandsfähig gegen Belastungen und Chemikalien.
Es verfügt über hervorragende mechanische Eigenschaften.
ABS weist eine hohe Haltbarkeit auf, was eine längere Lebensdauer bedeutet.
Nachteile
Es weist eine schlechte UV-Beständigkeit auf.
Anwendungen
HDPE bietet vielfältige Anwendungsmöglichkeiten, darunter Prototyping, die Herstellung von Zahnrädern, Lagern, Verpackungen, elektrischer Isolierung und medizinischen Geräten. Es eignet sich ideal für Prototyping, da es schnell und einfach bearbeitet werden kann und sich aufgrund seiner geringen Kosten hervorragend für die Erstellung mehrerer Iterationen eignet. Darüber hinaus eignet es sich aufgrund seines niedrigen Reibungskoeffizienten und seiner hohen Verschleißfestigkeit gut für Zahnräder und aufgrund seiner Selbstschmierung und chemischen Beständigkeit auch für Lager.
LDPE
LDPE ist ein zähes, flexibles Kunststoffpolymer mit guter chemischer Beständigkeit und niedriger Temperaturbeständigkeit. Es findet breite Anwendung in der Medizintechnik zur Herstellung von Prothesen und Orthesen.
Vorteile
Es ist robust und flexibel.
Es ist äußerst korrosionsbeständig.
Es lässt sich mithilfe von Wärmetechniken wie Schweißen leicht versiegeln.
Nachteile
Es ist nicht für Teile geeignet, die eine hohe Temperaturbeständigkeit erfordern.
Es weist eine geringe Steifigkeit und strukturelle Festigkeit auf.
Anwendungen
LDPE wird häufig zur Herstellung von kundenspezifischen Zahnrädern und mechanischen Komponenten, elektrischen Komponenten wie Isolatoren und Gehäusen für elektronische Geräte sowie Teilen mit poliertem oder glänzendem Aussehen verwendet. Darüber hinaus machen sein niedriger Reibungskoeffizient, sein hoher Isolationswiderstand und seine Langlebigkeit es zu einem idealen Material für Hochleistungsanwendungen.
Polycarbonat
PC ist ein robuster, aber leichter Kunststoff mit hitzebeständigen und elektrisch isolierenden Eigenschaften. Wie Acryl kann es aufgrund seiner natürlichen Transparenz Glas ersetzen.
Vorteile
Es ist effizienter als die meisten technischen Thermoplaste.
Es ist von Natur aus transparent und kann Licht durchlassen.
Es nimmt die Farbe sehr gut an.
Es verfügt über eine hohe Zugfestigkeit und Haltbarkeit.
PC ist beständig gegen verdünnte Säuren, Öle und Fette.
Nachteile
Es zersetzt sich bei längerer Einwirkung von Wasser über 60 °C.
Es ist anfällig für Kohlenwasserstoffverschleiß.
Bei längerer Einwirkung von UV-Strahlen vergilbt es mit der Zeit.
Anwendungen
Aufgrund seiner Lichteigenschaften kann Polycarbonat Glas ersetzen. Daher wird es zur Herstellung von Schutzbrillen und CDs/DVDs verwendet. Darüber hinaus eignet es sich zur Herstellung von chirurgischen Instrumenten und Leistungsschaltern.
CNC-Bearbeitungsverfahren für Kunststoffe
Bei der CNC-Kunststoffteilbearbeitung wird mithilfe einer computergesteuerten Maschine ein Teil des Kunststoffpolymers entfernt, um das gewünschte Produkt zu formen. Das subtraktive Fertigungsverfahren ermöglicht mithilfe der folgenden Methoden die Herstellung unzähliger Teile mit engen Toleranzen, Einheitlichkeit und Genauigkeit.
CNC-Drehen
CNC-Drehen ist eine Bearbeitungstechnik, bei der das Werkstück auf einer Drehmaschine gehalten und durch Drehen oder Wenden gegen das Schneidwerkzeug gedreht wird. Es gibt verschiedene Arten des CNC-Drehens, darunter:
Für große Schnitte eignet sich das gerade oder zylindrische CNC-Drehen.
Das Kegel-CNC-Drehen eignet sich zum Erstellen von Teilen mit kegelförmiger Form.
Es gibt mehrere Richtlinien, die Sie beim CNC-Drehen von Kunststoffen nutzen können, darunter:
Stellen Sie sicher, dass die Schneidkanten einen negativen Neigungswinkel aufweisen, um Reibung zu minimieren.
Schneidkanten sollten einen großen Freiwinkel haben.
Polieren Sie die Werkstückoberfläche für eine bessere Oberflächenbeschaffenheit und weniger Materialansammlung.
Reduzieren Sie die Vorschubgeschwindigkeit, um die Präzision der letzten Schnitte zu verbessern (verwenden Sie eine Vorschubgeschwindigkeit von 0,015 IPR für grobe Schnitte und 0,005 IPR für präzise Schnitte).
Passen Sie Frei-, Seiten- und Spanwinkel an das Kunststoffmaterial an.
CNC-Fräsen
Beim CNC-Fräsen wird mit einem Fräser Material vom Werkstück entfernt, um das gewünschte Teil zu erhalten. Es gibt verschiedene CNC-Fräsmaschinen, die in 3-Achs-Fräsmaschinen und Mehrachs-Fräsmaschinen unterteilt sind.
Einerseits kann sich eine 3-Achsen-CNC-Fräsmaschine in drei linearen Achsen bewegen (von links nach rechts, vor und zurück, auf und ab). Daher eignet sie sich gut für die Herstellung von Teilen mit einfachem Design. Andererseits können sich Mehrachsen-Fräsmaschinen in mehr als drei Achsen bewegen. Daher eignen sie sich für die CNC-Bearbeitung von Kunststoffteilen mit komplizierten Geometrien.
Es gibt mehrere Richtlinien, die Sie beim CNC-Fräsen von Kunststoff nutzen können, darunter:
Bearbeiten Sie einen mit Kohlenstoff oder Glas verstärkten Thermoplast mit Kohlenstoffwerkzeugen.
Erhöhen Sie die Spindeldrehzahl durch den Einsatz von Klemmen.
Reduzieren Sie die Spannungskonzentration, indem Sie abgerundete Innenecken schaffen.
Kühlung direkt am Router zur Wärmeableitung.
Wählen Sie die Drehzahl.
Entgraten Sie Kunststoffteile nach dem Fräsen, um die Oberflächenbeschaffenheit zu verbessern.
CNC-Bohren
Beim CNC-Bohren von Kunststoff wird mit einem Bohrer und einem montierten Bohrer ein Loch in ein Kunststoffwerkstück gebohrt. Größe und Form des Bohrers bestimmen die Lochgröße. Darüber hinaus spielt er auch eine Rolle bei der Spanabfuhr. Sie können Tisch-, Säulen- und Radialbohrmaschinen verwenden.
Es gibt mehrere Richtlinien, die Sie beim CNC-Bohren von Kunststoffen verwenden können, darunter:
Stellen Sie sicher, dass Sie scharfe CNC-Bohrer verwenden, um das Kunststoffwerkstück nicht zu belasten.
Verwenden Sie den richtigen Bohrer. Beispielsweise eignet sich für die meisten Thermoplaste ein Bohrer mit einem Winkel von 90 bis 118° und einem Schneidwinkel von 9 bis 15° (für Acryl verwenden Sie einen 0°-Bohrer).
Sorgen Sie durch die Wahl des richtigen Bohrers für einen problemlosen Spanabtransport.
Verwenden Sie ein Kühlsystem, um die während des Bearbeitungsprozesses entstehende Hitze zu reduzieren.
Um den CNC-Bohrer ohne Beschädigung zu entfernen, achten Sie darauf, dass die Bohrtiefe weniger als das Drei- bis Vierfache des Bohrerdurchmessers beträgt. Reduzieren Sie außerdem den Vorschub, wenn der Bohrer das Material fast verlassen hat.
Alternativen zur Kunststoffbearbeitung
Neben der CNC-Bearbeitung von Kunststoffteilen können auch andere Rapid-Prototyping-Verfahren als Alternativen dienen. Gängige Verfahren sind:
Spritzguss
Dies ist ein beliebtes Massenproduktionsverfahren für die Bearbeitung von Kunststoffteilen. Beim Spritzgießen wird eine Form aus Aluminium oder Stahl hergestellt, je nach Faktoren wie Langlebigkeit. Anschließend wird geschmolzener Kunststoff in den Formhohlraum gespritzt, kühlt ab und nimmt die gewünschte Form an.
Kunststoffspritzguss eignet sich sowohl für die Prototypenentwicklung als auch für die Fertigung realer Teile. Darüber hinaus ist es ein kostengünstiges Verfahren, das sich für Teile mit komplexen und einfachen Designs eignet. Darüber hinaus erfordern Spritzgussteile kaum zusätzliche Bearbeitung oder Oberflächenbehandlung.
3D-Druck
3D-Druck ist die am häufigsten eingesetzte Prototyping-Methode in kleinen Unternehmen. Das additive Fertigungsverfahren ist ein Rapid-Prototyping-Verfahren, das Technologien wie Stereolithografie (SLA), Fused Deposition Modeling (FDM) und Selektives Lasersintern (SLS) umfasst und für die Bearbeitung von Thermoplasten wie Nylon, PLA, ABS und ULTEM eingesetzt wird.
Bei jeder Technologie werden digitale 3D-Modelle erstellt und die gewünschten Teile Schicht für Schicht aufgebaut. Dies ähnelt der CNC-Bearbeitung von Kunststoffen, verursacht jedoch im Gegensatz zu dieser weniger Materialverlust. Darüber hinaus werden keine Werkzeuge benötigt, und es eignet sich besser für die Herstellung von Teilen mit komplexen Designs.
Vakuumguss
Beim Vakuumguss oder Polyurethan-/Urethanguss werden Silikonformen und Harze verwendet, um eine Kopie eines Urmodells zu erstellen. Das Rapid-Prototyping-Verfahren eignet sich zur Herstellung hochwertiger Kunststoffe. Darüber hinaus eignen sich die Kopien zur Visualisierung von Ideen oder zur Behebung von Konstruktionsfehlern.
Industrielle Anwendungen der CNC-Kunststoffbearbeitung
Die CNC-Bearbeitung von Kunststoffen ist aufgrund ihrer Vorteile wie Genauigkeit, Präzision und engen Toleranzen vielseitig einsetzbar. Zu den gängigen industriellen Anwendungen des Verfahrens gehören:
Medizinbranche
CNC-Kunststoffbearbeitung wird derzeit in der Herstellung medizinischer Teile wie Prothesen und Kunstherzen eingesetzt. Dank ihrer hohen Genauigkeit und Wiederholgenauigkeit erfüllt sie die strengen Sicherheitsstandards der Branche. Darüber hinaus bietet sie eine Vielzahl an Materialoptionen und ermöglicht die Herstellung komplexer Formen.
Automobilkomponenten
Sowohl Automobildesigner als auch Ingenieure nutzen die CNC-Bearbeitung von Kunststoffen zur Herstellung von Echtzeit-Automobilkomponenten und Prototypen. Kunststoff wird in der Industrie häufig für die Herstellung kundenspezifischer CNC-Kunststoffteile wie Armaturenbretter eingesetzt, da sein geringes Gewicht den Kraftstoffverbrauch senkt. Darüber hinaus ist Kunststoff korrosions- und verschleißbeständig, was bei den meisten Automobilkomponenten der Fall ist. Darüber hinaus lässt sich Kunststoff leicht in komplexe Formen bringen.
Teile für die Luft- und Raumfahrt
Die Herstellung von Teilen für die Luft- und Raumfahrt erfordert ein Fertigungsverfahren mit hoher Präzision und engen Toleranzen. Daher setzt die Industrie bei der Konstruktion, Prüfung und Fertigung verschiedener Teile für die Luft- und Raumfahrt auf CNC-Bearbeitung. Kunststoffe eignen sich aufgrund ihrer Eignung für komplexe Formen, ihrer Festigkeit, ihres geringen Gewichts, ihrer hohen Chemikalienbeständigkeit und ihrer Hitzebeständigkeit hervorragend.
Elektronikindustrie
Auch die Elektronikindustrie bevorzugt die CNC-Kunststoffbearbeitung aufgrund ihrer hohen Präzision und Wiederholgenauigkeit. Derzeit wird das Verfahren zur Herstellung CNC-gefräster elektronischer Kunststoffteile wie Kabelgehäusen, Gerätetastaturen und LCD-Bildschirmen eingesetzt.
Wann Sie sich für die CNC-Bearbeitung von Kunststoff entscheiden sollten
Die Auswahl aus den vielen oben beschriebenen Kunststoffherstellungsverfahren kann eine Herausforderung sein. Daher finden Sie im Folgenden einige Überlegungen, die Ihnen bei der Entscheidung helfen können, ob die CNC-Bearbeitung von Kunststoffen das bessere Verfahren für Ihr Projekt ist:
Wenn Kunststoff-Prototypendesign mit engen Toleranzen
Die CNC-Kunststoffbearbeitung ist die bessere Methode zur Herstellung von Teilen mit Designs, die enge Toleranzen erfordern. Eine herkömmliche CNC-Fräsmaschine kann eine enge Toleranz von etwa 4 μm erreichen.
Wenn Kunststoffprototypen eine hochwertige Oberflächenbeschaffenheit erfordern
CNC-Maschinen bieten eine hochwertige Oberflächenbeschaffenheit und eignen sich daher für Projekte, die keine zusätzliche Oberflächenbearbeitung benötigen. Im Gegensatz zum 3D-Druck, der beim Drucken Schichtspuren hinterlässt, ist dies ein Unterschied.
Wenn der Kunststoffprototyp spezielle Materialien erfordert
Mit der CNC-Kunststoffbearbeitung lassen sich Teile aus einer Vielzahl von Kunststoffen herstellen, darunter auch solche mit besonderen Eigenschaften wie hoher Temperaturbeständigkeit, hoher Festigkeit oder hoher chemischer Beständigkeit. Dies macht sie zur idealen Wahl für die Herstellung von Prototypen mit speziellen Anforderungen.
Wenn sich Ihre Produkte in der Testphase befinden
Die CNC-Bearbeitung basiert auf 3D-Modellen, die leicht zu ändern sind. Da die Testphase ständige Anpassungen erfordert, ermöglicht die CNC-Bearbeitung Designern und Herstellern die Erstellung funktionaler Kunststoffprototypen, um Konstruktionsfehler zu testen und zu beheben.
· Wenn Sie eine wirtschaftliche Option benötigen
Wie andere Fertigungsverfahren eignet sich die CNC-Bearbeitung von Kunststoffen zur kostengünstigen Teileherstellung. Kunststoffe sind kostengünstiger als Metalle und andere Materialien wie Verbundwerkstoffe. Darüber hinaus ist die computergestützte numerische Steuerung (CNC) präziser und das Verfahren eignet sich für komplexe Konstruktionen.
Abschluss
Die CNC-Kunststoffbearbeitung ist aufgrund ihrer Genauigkeit, Geschwindigkeit und Eignung für die Herstellung von Teilen mit engen Toleranzen ein industriell weit verbreitetes Verfahren. Dieser Artikel beschreibt die verschiedenen CNC-Bearbeitungsmaterialien, die für das Verfahren geeignet sind, verfügbare Techniken und weitere Aspekte, die Ihr Projekt unterstützen können.
Die Wahl der richtigen Bearbeitungstechnik kann eine große Herausforderung sein und erfordert die Auslagerung an einen CNC-Kunststoff-Dienstleister. GuanSheng bietet kundenspezifische CNC-Kunststoffbearbeitung an und unterstützt Sie bei der Herstellung verschiedener Teile für Prototypen oder den Echtzeiteinsatz nach Ihren Anforderungen.
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Veröffentlichungszeit: 13. November 2023