Eine gängige Darstellung der CNC-Bearbeitung ist meist die Arbeit mit einem metallischen Werkstück. Allerdings ist die CNC-Bearbeitung nicht nur für Kunststoffe weit verbreitet, sondern die CNC-Bearbeitung von Kunststoffen ist auch einer der häufigsten Bearbeitungsprozesse in mehreren Branchen.
Die Akzeptanz der Kunststoffbearbeitung als Herstellungsverfahren ist auf die große Auswahl an verfügbaren CNC-Kunststoffmaterialien zurückzuführen. Darüber hinaus wird der Prozess mit der Einführung der numerischen Computersteuerung genauer, schneller und eignet sich für die Herstellung von Teilen mit engen Toleranzen. Wie viel wissen Sie über die CNC-Bearbeitung von Kunststoffen? In diesem Artikel werden die mit dem Prozess kompatiblen Materialien, verfügbaren Techniken und andere Dinge besprochen, die Ihrem Projekt helfen können.
Kunststoffe für die CNC-Bearbeitung
Viele bearbeitbare Kunststoffe eignen sich für die Herstellung von Teilen und Produkten, die in mehreren Branchen hergestellt werden. Ihre Verwendung hängt von ihren Eigenschaften ab, wobei einige bearbeitbare Kunststoffe wie Nylon über hervorragende mechanische Eigenschaften verfügen, die es ihnen ermöglichen, Metalle zu ersetzen. Nachfolgend sind die gängigsten Kunststoffe für die kundenspezifische Kunststoffbearbeitung aufgeführt:
ABS:
Acrylnitril-Butadien-Styrol oder ABS ist ein leichtes CNC-Material, das für seine Schlagfestigkeit, Festigkeit und gute Bearbeitbarkeit bekannt ist. Obwohl es über gute mechanische Eigenschaften verfügt, zeigt sich seine geringe chemische Stabilität in seiner Anfälligkeit gegenüber Fetten, Alkoholen und anderen chemischen Lösungsmitteln. Außerdem ist die thermische Stabilität von reinem ABS (also ABS ohne Zusatzstoffe) gering, da das Kunststoffpolymer auch nach dem Entfernen der Flamme brennt.
Vorteile
Es ist leicht, ohne seine mechanische Festigkeit zu verlieren.
Das Kunststoffpolymer lässt sich hervorragend bearbeiten, was es zu einem äußerst beliebten Rapid-Prototyping-Material macht.
ABS hat einen niedrigen Schmelzpunkt (dies ist wichtig für andere Rapid-Prototyping-Verfahren wie 3D-Druck und Spritzguss).
Es hat eine hohe Zugfestigkeit.
ABS hat eine hohe Haltbarkeit, was eine längere Lebensdauer bedeutet.
Es ist erschwinglich.
Nachteile
Bei Hitzeeinwirkung werden heiße Kunststoffdämpfe freigesetzt.
Um die Bildung 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 aufgrund seiner hervorragenden Eigenschaften und seiner Erschwinglichkeit ein sehr beliebter technischer Thermoplast, der von vielen Rapid-Prototyping-Diensten bei der Herstellung von Produkten verwendet wird. Es findet in der Elektro- und Automobilindustrie bei der Herstellung von Teilen wie Tastaturkappen, Elektronikgehäusen und Komponenten für das Armaturenbrett von Autos Anwendung.
Nylon
Nylon oder Polyamid ist ein reibungsarmes Kunststoffpolymer mit hoher Schlag-, Chemikalien- und Abriebfestigkeit. Aufgrund seiner hervorragenden mechanischen Eigenschaften wie Festigkeit (76 MPa), Haltbarkeit und Härte (116R) eignet es sich hervorragend für die CNC-Bearbeitung und verbessert seine Anwendung in der Automobil- und Medizinteilefertigung weiter.
Vorteile
Hervorragende mechanische Eigenschaften.
Es hat eine hohe Zugfestigkeit.
Kostengünstig.
Es ist ein leichtes Polymer.
Es ist hitze- und chemikalienbeständig.
Nachteile
Es weist eine geringe Dimensionsstabilität auf.
Nylon kann leicht Feuchtigkeit aufnehmen.
Es ist anfällig gegenüber starken Mineralsäuren.
Anwendungen
Nylon ist ein hochleistungsfähiger technischer Thermoplast, der für den Prototypenbau und die Herstellung realer Teile in der Medizin- und Automobilindustrie geeignet ist. Zu den aus CNC-Material gefertigten Komponenten gehören Lager, Unterlegscheiben und Rohre.
Acryl
Acryl oder PMMA (Polymethylmethacrylat) ist aufgrund seiner optischen Eigenschaften bei der CNC-Bearbeitung von Kunststoffen beliebt. Das Kunststoffpolymer ist durchscheinend und kratzfest und wird daher in Branchen eingesetzt, die solche Eigenschaften erfordern. Darüber hinaus verfügt es über sehr gute mechanische Eigenschaften, die sich in seiner Zähigkeit und Schlagfestigkeit bemerkbar machen. Aufgrund seiner geringen Kosten ist die CNC-Bearbeitung von Acryl zu einer Alternative zu Kunststoffpolymeren wie Polycarbonat und Glas geworden.
Vorteile
Es ist leicht.
Acryl ist äußerst chemikalien- und UV-beständig.
Es weist eine hohe Bearbeitbarkeit auf.
Acryl weist eine hohe chemische Beständigkeit auf.
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 eignet sich als Ersatz für Materialien wie Polycarbonat und Glas. Daher ist es in der Automobilindustrie für die Herstellung von Lichtleitern und Auto-Blinkerlampenabdeckungen sowie in anderen Branchen für die Herstellung von Solarpaneelen, Gewächshausdächern usw. anwendbar.
POM
POM oder Delrin (Handelsname) ist ein hochbearbeitbares CNC-Kunststoffmaterial, das von vielen CNC-Bearbeitungsdiensten aufgrund seiner hohen Festigkeit und Beständigkeit gegen Hitze, Chemikalien und Verschleiß ausgewählt wird. Es gibt verschiedene Delrin-Qualitäten, aber die meisten Branchen verlassen sich auf Delrin 150 und 570, da diese formbeständig sind.
Vorteile
Sie sind von allen CNC-Kunststoffmaterialien 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 seine Anwendung in verschiedenen Branchen. Im Automobilbereich wird es beispielsweise zur Herstellung von Sicherheitsgurtkomponenten eingesetzt. In der Medizingeräteindustrie wird POM zur Herstellung von Insulin-Pens eingesetzt, während in der Konsumgüterbranche POM zur Herstellung von elektronischen Zigaretten und Wasserzählern eingesetzt wird.
HDPE
Polyethylen hoher Dichte ist ein Thermoplast mit hoher Beständigkeit gegen Belastung und korrosive Chemikalien. Es bietet hervorragende mechanische Eigenschaften wie Zugfestigkeit (4000 PSI) und Härte (R65) als sein Gegenstück und wird in Anwendungen mit solchen Anforderungen durch LDPE ersetzt.
Vorteile
Es handelt sich um einen flexibel bearbeitbaren Kunststoff.
Es ist sehr widerstandsfähig gegen Stress und Chemikalien.
Es verfügt über ausgezeichnete mechanische Eigenschaften.
ABS hat eine hohe Haltbarkeit, was eine längere Lebensdauer bedeutet.
Nachteile
Es hat eine schlechte UV-Beständigkeit.
Anwendungen
HDPE hat eine Vielzahl von Anwendungen, darunter Prototyping, die Herstellung von Zahnrädern, Lagern, Verpackungen, elektrischer Isolierung und medizinischer Ausrüstung. Es eignet sich ideal für die Prototypenherstellung, da es schnell und einfach bearbeitet werden kann, und aufgrund seiner geringen Kosten eignet es sich hervorragend für die Erstellung mehrerer Iterationen. Darüber hinaus ist es aufgrund seines niedrigen Reibungskoeffizienten und seiner hohen Verschleißfestigkeit ein gutes Material für Zahnräder und für Lager, da es selbstschmierend und chemisch beständig ist.
LDPE
LDPE ist ein zähes, flexibles Kunststoffpolymer mit guter Chemikalienbeständigkeit und niedriger Temperatur. Es ist in der Industrie zur Herstellung medizinischer Teile für die Herstellung von Prothesen und Orthesen weit verbreitet.
Vorteile
Es ist robust und flexibel.
Es ist sehr korrosionsbeständig.
Es lässt sich leicht mit Wärmetechniken wie Schweißen versiegeln.
Nachteile
Für Teile, die eine hohe Temperaturbeständigkeit erfordern, ist es ungeeignet.
Es weist eine geringe Steifigkeit und strukturelle Festigkeit auf.
Anwendungen
LDPE wird häufig zur Herstellung kundenspezifischer Zahnräder und mechanischer Komponenten, elektrischer Komponenten wie Isolatoren und Gehäuse für elektronische Geräte sowie von Teilen mit poliertem oder glänzendem Aussehen verwendet. Was mehr ist. Sein niedriger Reibungskoeffizient, sein hoher Isolationswiderstand und seine Haltbarkeit machen es zu einem idealen Material für Hochleistungsanwendungen.
Polycarbonat
PC ist ein robustes, aber leichtes Kunststoffpolymer mit hitzehemmenden 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 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.
Nach längerer Einwirkung von UV-Strahlen vergilbt es mit der Zeit.
Anwendungen
Aufgrund seiner leichten Eigenschaften kann Polycarbonat Glasmaterial ersetzen. Daher wird es bei der Herstellung von Schutzbrillen und CDs/DVDs verwendet. Darüber hinaus eignet es sich zur Herstellung von chirurgischen Instrumenten und Leistungsschaltern.
CNC-Bearbeitungsmethoden für Kunststoffe
Bei der CNC-Bearbeitung von Kunststoffteilen wird eine computergesteuerte Maschine verwendet, um einen Teil des Kunststoffpolymers zu entfernen und so das gewünschte Produkt zu formen. Mit dem subtraktiven Fertigungsprozess können mithilfe der folgenden Methoden unzählige Teile mit engen Toleranzen, Gleichmäßigkeit und Genauigkeit hergestellt werden.
CNC-Drehen
Beim CNC-Drehen handelt es sich um eine Bearbeitungstechnik, bei der das Werkstück auf einer Drehmaschine gehalten und durch Drehen oder Drehen gegen das Schneidwerkzeug gedreht wird. Es gibt auch verschiedene Arten des CNC-Drehens, darunter:
Für große Schnitte eignet sich gerades oder zylindrisches CNC-Drehen.
Das Kegel-CNC-Drehen eignet sich zur Herstellung von Teilen mit kegelförmigen Formen.
Es gibt mehrere Richtlinien, die Sie beim CNC-Drehen von Kunststoffen nutzen können, darunter:
Stellen Sie sicher, dass die Schneidkanten einen negativen Spanwinkel haben, um Reibung zu minimieren.
Die Schnittkanten sollten einen großen Freiwinkel haben.
Polieren Sie die Werkstückoberfläche für eine bessere Oberflächengüte und weniger Materialansammlungen.
Reduzieren Sie die Vorschubgeschwindigkeit, um die Präzision der endgültigen Schnitte zu verbessern (verwenden Sie eine Vorschubgeschwindigkeit von 0,015 IPR für grobe Schnitte und 0,005 IPR für präzise Schnitte).
Passen Sie die 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-Achsen-Fräsmaschinen und Mehrachsen-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). Dadurch eignet es sich gut für die Herstellung von Teilen mit einfachem Design. Andererseits können sich Mehrachsmühlen in mehr als drei Achsen bewegen. Dadurch eignet es sich für die CNC-Bearbeitung von Kunststoffteilen mit komplizierten Geometrien.
Es gibt mehrere Richtlinien, die Sie beim CNC-Fräsen von Kunststoffen 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.
Kunststoffteile nach dem Fräsen entgraten, um die Oberflächengüte zu verbessern.
CNC-Bohren
Beim CNC-Bohren von Kunststoffen wird mithilfe eines Bohrers, an dem ein Bohrer angebracht ist, ein Loch in ein Kunststoffwerkstück gebohrt. Die Größe und Form des Bohrers bestimmen die Größe des Lochs. Darüber hinaus spielt es auch eine Rolle bei der Spanabfuhr. Zu den Arten von Bohrmaschinen, die Sie verwenden können, gehören Tisch-, Ständer- und Radialbohrmaschinen.
Es gibt mehrere Richtlinien, die Sie beim CNC-Bohren von Kunststoffen nutzen können, darunter:
Stellen Sie sicher, dass Sie scharfe CNC-Bohrer verwenden, um eine Belastung des Kunststoffwerkstücks zu vermeiden.
Verwenden Sie den richtigen Bohrer. Beispielsweise ist ein 90- bis 118-Grad-Bohrer mit einem Lippenwinkel von 9 bis 15 Grad für die meisten Thermoplaste geeignet (für Acryl verwenden Sie einen 0-Grad-Rechen).
Sorgen Sie durch die Wahl des richtigen Bohrers für einen einfachen Spanauswurf.
Verwenden Sie ein Kühlsystem, um die während des Bearbeitungsprozesses entstehende Mehrmenge zu reduzieren.
Um den CNC-Bohrer ohne Beschädigung zu entfernen, stellen Sie sicher, dass die Bohrtiefe weniger als das Drei- oder Vierfache beträgt. der Bohrerdurchmesser. Reduzieren Sie außerdem die Vorschubgeschwindigkeit, wenn der Bohrer das Material fast verlassen hat.
Alternativen zur Kunststoffbearbeitung
Neben der CNC-Bearbeitung von Kunststoffteilen können auch andere Rapid-Prototyping-Verfahren als Alternative dienen. Zu den häufigsten gehören:
Spritzguss
Hierbei handelt es sich um ein beliebtes Massenproduktionsverfahren zur Bearbeitung von Kunststoffwerkstücken. Beim Spritzgießen wird je nach Faktoren wie Langlebigkeit eine Form aus Aluminium oder Stahl hergestellt. Anschließend wird geschmolzener Kunststoff in den Formhohlraum eingespritzt, kühlt ab und bildet die gewünschte Form.
Kunststoffspritzguss eignet sich sowohl für den Prototypenbau als auch für die Herstellung realer Teile. Darüber hinaus handelt es sich um eine kostengünstige Methode, die sich für Teile mit komplexem und einfachem Design eignet. Darüber hinaus erfordern Spritzgussteile kaum zusätzliche Arbeiten oder Oberflächenbehandlungen.
3D-Druck
Der 3D-Druck ist die am häufigsten in kleinen Unternehmen eingesetzte Prototyping-Methode. Der additive Fertigungsprozess ist ein Rapid-Prototyping-Tool, das Technologien wie Stereolithographie (SLA), Fused Deposition Modeling (FDM) und Selective Laser Sintering (SLS) umfasst und für die Bearbeitung von Thermoplasten wie Nylon, PLA, ABS und ULTEM verwendet 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 zur letzteren weniger Materialverschwendung. Darüber hinaus entfällt der Bedarf an Werkzeugen und eignet sich besser für die Herstellung von Teilen mit komplexen Designs.
Vakuumguss
Beim Vakuumgießen oder Polyurethan-/Urethangießen werden Silikonformen und Harze verwendet, um eine Kopie eines Urmodells anzufertigen. Das Rapid-Prototyping-Verfahren eignet sich zur Herstellung hochwertiger Kunststoffe. Darüber hinaus eignen sich die Kopien zur Visualisierung von Ideen oder zur Behebung von Designfehlern.
Industrielle Anwendungen der CNC-Kunststoffbearbeitung
Die CNC-Bearbeitung von Kunststoffen ist aufgrund von Vorteilen wie Genauigkeit, Präzision und engen Toleranzen weit verbreitet. Zu den üblichen industriellen Anwendungen des Verfahrens gehören:
Medizinische Industrie
Die CNC-Kunststoffbearbeitung wird derzeit bei der Herstellung von medizinisch bearbeiteten Teilen wie Prothesen und künstlichen Herzen eingesetzt. Dank seiner hohen Genauigkeit und Wiederholbarkeit erfüllt es die strengen Sicherheitsstandards der Branche. Darüber hinaus gibt es unzählige Materialoptionen und es entstehen komplexe Formen.
Automobilkomponenten
Sowohl Autodesigner als auch Ingenieure nutzen die CNC-Bearbeitung von Kunststoffen, um Automobilkomponenten und Prototypen in Echtzeit herzustellen. Aufgrund seines geringen Gewichts, das den Kraftstoffverbrauch senkt, ist Kunststoff in der Industrie bei der Herstellung kundenspezifischer CNC-Kunststoffteile wie Armaturenbretter weit verbreitet. Darüber hinaus ist Kunststoff beständig gegen Korrosion und Verschleiß, denen die meisten Automobilkomponenten ausgesetzt sind. Darüber hinaus lässt sich Kunststoff leicht in komplexe Formen formen.
Luft- und Raumfahrtteile
Die Herstellung von Luft- und Raumfahrtteilen erfordert eine Fertigungsmethode mit hoher Präzision und engen Toleranzen. Aus diesem Grund entscheidet sich die Industrie für die CNC-Bearbeitung beim Entwerfen, Testen und Bauen verschiedener bearbeiteter Teile für die Luft- und Raumfahrt. Kunststoffmaterialien sind aufgrund ihrer Eignung für komplexe Formen, ihrer Festigkeit, ihres geringen Gewichts und ihrer hohen Chemikalien- und Hitzebeständigkeit einsetzbar.
Elektronische Industrie
Auch die Elektronikindustrie bevorzugt die CNC-Kunststoffbearbeitung aufgrund ihrer hohen Präzision und Wiederholgenauigkeit. Derzeit wird das Verfahren zur Herstellung von CNC-gefrästen elektronischen Kunststoffteilen wie Kabelgehäusen, Gerätetastaturen und LCD-Bildschirmen verwendet.
Wann sollte man sich für die CNC-Bearbeitung von Kunststoffen entscheiden?
Die Auswahl aus den vielen oben besprochenen Kunststoffherstellungsverfahren kann eine Herausforderung sein. Im Folgenden finden Sie daher einige Überlegungen, die Ihnen bei der Entscheidung helfen können, ob die CNC-Bearbeitung von Kunststoffen das bessere Verfahren für Ihr Projekt ist:
Wenn Prototypen aus Kunststoff mit engen Toleranzen entworfen werden
Die CNC-Kunststoffbearbeitung ist die bessere Methode zur Herstellung von Teilen mit Konstruktionen, die enge Toleranzen erfordern. Eine herkömmliche CNC-Fräsmaschine kann eine enge Toleranz von etwa 4 μm erreichen.
Wenn ein Kunststoffprototyp eine hochwertige Oberflächenbeschaffenheit erfordert
Die CNC-Maschine bietet eine hochwertige Oberflächenveredelung und ist daher geeignet, wenn für Ihr Projekt kein zusätzlicher Oberflächenveredelungsprozess erforderlich ist. Dies unterscheidet sich vom 3D-Druck, der beim Drucken Schichtspuren hinterlässt.
Wenn Kunststoffprototypen spezielle Materialien erfordern
Mit der CNC-Kunststoffbearbeitung können Teile aus einer Vielzahl von Kunststoffmaterialien hergestellt werden, darunter solche mit besonderen Eigenschaften wie Hochtemperaturbeständigkeit, hoher Festigkeit oder hoher Chemikalienbeständigkeit. Dies macht es zur idealen Wahl für die Erstellung von Prototypen mit speziellen Anforderungen.
Wenn sich Ihre Produkte in der Testphase befinden
Die CNC-Bearbeitung basiert auf 3D-Modellen, die leicht geändert werden können. Da die Testphase ständige Modifikationen erfordert, ermöglicht die CNC-Bearbeitung Designern und Herstellern die Erstellung funktionsfähiger Kunststoffprototypen, um Konstruktionsfehler zu testen und zu beheben.
· Wenn Sie eine wirtschaftliche Option benötigen
Wie andere Fertigungsmethoden eignet sich auch die CNC-Bearbeitung von Kunststoffen zur kostengünstigen Herstellung von Teilen. Kunststoffe sind kostengünstiger als Metalle und andere Materialien wie Verbundwerkstoffe. Darüber hinaus ist die numerische Computersteuerung genauer und das Verfahren eignet sich für komplexe Konstruktionen.
Abschluss
Die CNC-Kunststoffbearbeitung ist aufgrund ihrer Genauigkeit, Geschwindigkeit und Eignung zur Herstellung von Teilen mit engen Toleranzen ein industriell weithin akzeptierter Prozess. In diesem Artikel geht es um die verschiedenen CNC-Bearbeitungsmaterialien, die mit dem Prozess kompatibel sind, verfügbare Techniken und andere Dinge, die Ihrem Projekt helfen können.
Die Wahl der richtigen Bearbeitungstechnik kann eine große Herausforderung sein und erfordert die Auslagerung an einen Kunststoff-CNC-Dienstleister. Bei GuanSheng bieten wir maßgeschneiderte CNC-Bearbeitungsdienste für Kunststoffe an und können Ihnen dabei helfen, je nach Ihren Anforderungen verschiedene Teile für die Prototypenerstellung oder den Echtzeiteinsatz herzustellen.
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Zeitpunkt der Veröffentlichung: 13. November 2023