Die CNC-Bearbeitung ist eine gängige Fertigungsmethode, die für traditionelle industrielle Hersteller in aller Welt lange Zeit als unverzichtbar galt. Die genauen und präzisen CNC-Maschinen bearbeiten Metall mit „subtraktiven“ Methoden, denn sie erstellen Teile, indem sie Material nicht hinzufügen, sondern entfernen.
Aber was wäre, wenn Sie bessere und schnellere Ergebnisse erzielen könnten, indem Sie eine „additive” Methode anstelle einer subtraktiven verwenden? Warum nicht einen 3D-Drucker einsetzen, um mit additiver Technologie zu fertigen? Ist das wirtschaftlich und machbar?
Es ist umstritten, welche Methode zur Herstellung von Werkzeugen besser geeignet ist: Die Verwendung von CNC-Fräsen, Drehmaschinen usw. oder 3D-Druckern für additive Fertigung. Die additive Fertigung bzw. der 3D-Druck haben bei der Herstellung von Teilen, Werkzeugen und Formen drei wesentliche Vorteile.
Die additive Fertigung beschleunigt die Herstellung von kundenspezifischen Werkzeugen und macht sie billiger. So werden beispielsweise kundenspezifische Umform- und Abkantwerkzeuge statt mit herkömmlichen Verfahren durch additive Fertigung hergestellt. Bei herkömmlichen Verfahren werden Teile aus Werkzeugstählen wie A2, D2 oder 4140 gefräst. Die Werkzeuge sind im Handel ab Lager von mehreren Herstellern in Standardgeometrien erhältlich. Diese Option ist jedoch nicht ideal, wenn ein kundenspezifisches Werkzeug benötigt wird.
Ob ein kundenspezifisches Werkzeug erforderlich ist, zeigt sich oft erst während des Entwurfsprozesses nach Abschluss der Passform- und Funktionsprüfung. Der Einsatz ist oft nicht geplant. In diesem Fall wird möglicherweise spezielles Material benötigt, das nur nach längerer Vorlaufzeit verfügbar ist. Dies unterbricht den Designprozess, was zu zusätzlichen Kosten führt.
Bei der additiven Fertigung kundenspezifischer Werkzeuge sind die Herstellungskosten geringer und die Vorlaufzeiten kürzer.
Die Herstellung einer kundenspezifischen Matrize zur Metallumformung muss nicht unbedingt durch CNC-Bearbeitung erfolgen, sondern ist durchaus mit einem 3D-Drucker möglich, der mit der FDM-Technologie arbeitet. Sie ist die bessere Wahl für ein Volumen von 100–500 Zyklen. FDM ist auch gut zur Herstellung von Offset- und Bördelwerkzeugen für dünnere Bleche geeignet. Solche Werkzeuge können schneller mit weniger Abfall produziert werden. Die additive Fertigung des Werkzeugs spart Zeit und Kosten gegenüber herkömmlichen Bearbeitungsverfahren.
Wie die kundenspezifische Matrize oder das Bremswerkzeug sind Teile oft komplex und besitzen anspruchsvollere Geometrien.
Die additive Fertigung ist ideal für komplexe Teile. Sie ermöglicht mehrere Iterationen eines Teils mit verschiedenen Designs und komplexen Geometrien. Formen können mit einer bestimmten Materialmenge gedruckt werden und komplexen Mustern folgen. Beim Druck solcher Teile wird verfügbares Material optimal genutzt, die Teile sind schneller fertig und es wird weniger Abfall produziert. Die CNC-Bearbeitung erfordert in der Regel eine längere Vorlaufzeit für die Beschaffung des Materials, erzeugt mehr Abfall und ist nicht annähernd so schnell wie der 3D-Druck.
Durch den Einsatz der additiven Fertigung und des richtigen Druckers lassen sich komplexe Geometrien bei moderaten Produktionsmengen mit wesentlich geringerem Zeit- und Arbeitsaufwand herstellen.
So stehen für die FDM-Technologie von Stratasys beispielsweise mehrere hochfeste Thermoplaste zur Verfügung, die dem Druck beim Formen von dünnem Metall standhalten. So kann ein Produktionswerkzeug durch additive Verfahren hergestellt werden. Dabei muss das Volumen des Werkzeugs nicht klein sein.
Ein wesentlicher Vorteil der Herstellung von Teilen durch additive Fertigung bzw. 3D-Druck ist die Möglichkeit, mit dem 3D-Drucker spezifische Beschriftungen auf das Teil zu drucken.
Die Pflege des Ersatzteilbestands und die Nachverfolgung von Teilen ist heutzutage von entscheidender Bedeutung. Die Teile können mit Strichcodes oder codierten Etiketten versehen werden, die eine genaue Kontrolle der Bestände ermöglichen. Die Kennzeichnung von Teilen erfordert jedoch manchmal einen separaten Prozess, bei dem ein Etikett gedruckt und am Teil angebracht werden muss. Ein solcher Vorgang ist in der Regel ein zusätzlicher Arbeitsschritt bei der Herstellung des Teils.
Dank der detaillierten Möglichkeiten des 3D-Drucks kann ein Teil bereits während der Fertigung mit einem Strichcode und anderen spezifischen Informationen versehen werden, ohne dass ein zusätzlicher Arbeitsschritt erforderlich ist. Es ist sogar möglich, Teilebeschriftungen so zu drucken, dass sie überhaupt nicht zu sehen und fast unauslöschlich sind, aber beispielsweise mit einem Infrarot-Lesegerät gescannt oder identifiziert werden können. Dies ist ein wichtiger Vorteil der additiven Fertigung gegenüber der CNC-Bearbeitung oder anderer Metallformungsverfahren.
Sowohl die CNC-Bearbeitung als auch die additive Fertigung haben sicherlich ihre Vorteile. Die CNC-Bearbeitung ist eine bewährte Methode zur Herstellung von Teilen und wird das auch zukünftig sein. Der 3D-Druck bietet Vorteile, die mit herkömmlichen Fertigungstechnologien nur schwer zu erreichen sind. Die Herstellungskosten und der Zeitaufwand für die Herstellung von Teilen werden durch den 3D-Druck minimiert.
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