CNC vs. DMLS: Welches Verfahren eignet sich für Ihr Teil am besten?
So können Sie bei Ihrem nächsten Projekt zwischen Präzisionsbearbeitung und Metall-3D-Druck auswählen.
Falls Sie für Ihr nächstes Teil zwischen CNC und DMLS wählen müssen, sind Sie nicht allein. Ingenieure und Designer müssen diese Entscheidung oft bei Prototypen und der Herstellung komplexer Metallteile treffen. Jedes Verfahren hat seine eigenen Stärken und Einschränkungen. Diese Anleitung schlüsselt die Unterschiede auf – von Werkstoffen und Oberflächenveredelungen bis hin zu Kosten, Geschwindigkeit und Komplexität, damit Sie das Verfahren auswählen können, das Ihren Bedürfnissen am besten entspricht.
Was ist CNC-Bearbeitung?
CNC steht für „Computer Numerical Control“. Bei der CNC-Bearbeitung handelt es sich um ein subtraktives Fertigungsverfahren, wobei Material mithilfe von Schneidwerkzeugen von einem massiven Werkstoffblock entfernt wird. Hierzu zählen Fräsen, Drehen und Bohren. Jeder Arbeitsschritt wird für präzise Bewegungen und wiederholbare Ergebnisse programmiert.
CNC ist für seine schnellen Vorlaufzeiten bekannt sowie für Genauigkeit, Wiederholbarkeit und die Fähigkeit, komplexe Geometrien aus einem breiten Spektrum an Metallen und Kunststoffen zu fertigen. Das Verfahren eignet sich sowohl für Rapid Prototyping als auch für die Produktion mittlerer Stückzahlen, insbesondere dann, wenn enge Toleranzen und glatte Oberflächen erforderlich sind.
Was ist DMLS?
Beim direkten Metall-Lasersintern (DMLS) handelt es sich um ein additives Fertigungsverfahren, bei dem Teile unter Verwendung eines leistungsstarken Lasers zur Zusammenfügung der Partikel schichtweise aus feinem Metallpulver aufgebaut werden.
DMLS eignet sich hervorragend zur Herstellung geometrisch komplexer oder leichter Strukturen, einschließlich innerer Strukturen oder Gitter, die im Rahmen von traditionellen Fertigungsverfahren unmöglich hergestellt werden könnten. Das Verfahren ist außerdem werkzeugfrei, was bedeutet, dass Ingenieure während der frühen Designphasen schneller iterieren können.
Wichtige Kriterien bei der Wahl des Fertigungsverfahrens
Bei der Auswahl des richtigen Fertigungsverfahrens geht es um mehr als nur um Geometrie oder Kosten. Sie müssen auch Anforderungen in Bezug auf Werkstoffe und Oberflächenveredelung, Komplexität des Designs und Vorlaufzeiten in Betracht ziehen. Im Folgenden finden Sie ein paar schnelle Hinweise, damit Sie loslegen können:
- Materialvielfalt erforderlich → CNC-Bearbeitung bietet Kunststoffe und ein breites Spektrum an Metallen.
- Komplexe interne Merkmale erforderlich → DMLS ermöglicht komplexe, organische Geometrien.
- Extrem glatte Oberflächen oder enge Toleranzen erforderlich → CNC-Bearbeitung ist hier eine ausgezeichnete Wahl.
- Beseitigung von Zusammenbauschritten erforderlich → DMLS unterstützt die Konsolidierung von Teilen.
CNC vs. DMLS auf einen Blick
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Merkmal |
CNC-Bearbeitung |
DMLS |
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Art des Verfahrens |
Subtraktiv |
Additiv |
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Materialtyp |
Metalle und Kunststoffe |
Nur Metalle |
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Eignet sich am besten für |
Präzision, Oberflächenveredelung, Wiederholbarkeit |
Komplexe Geometrien, Metall-Prototypen mit niedriger Stückzahl |
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Vorlaufzeit |
Kürzer (für die meisten Teile) |
Länger (aufgrund von Drucken + Nachbearbeitung) |
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Kosteneffizienz |
Besser für Serienfertigung |
Besser für Komplexität und Konsolidierung von Teilen |
Materialauswahl
Die Werkstoffauswahl hat Auswirkungen auf Leistung, Kosten und Verfahrenskompatibilität. Die CNC-Bearbeitung unterstützt eine breite Materialpalette, darunter Aluminium, Edelstahl, Kupfer und Messing, Titan und eine Reihe von Kunststoffen wie ABS, Nylon, POM und PTFE. Diese Flexibilität ermöglicht es Ingenieuren, Werkstoffe nach deren Festigkeit, Wärmeeigenschaften und Bearbeitbarkeit auszuwählen.
DMLS ist auf Metallpulver beschränkt, umfasst jedoch hoch entwickelte Legierungen wie Aluminium, Inconel 718, Edelstahl 316L, Titan und Kobalt-Chrom. Diese Werkstoffe eignen sich ausgezeichnet für Hochleistungsanwendungen, bei denen ein hervorragendes Festigkeit-zu-Gewicht-Verhältnis, Korrosionsbeständigkeit oder Wärmebeständigkeit erforderlich ist.
Oberflächenveredelungen und Toleranzen
Oberflächenbeschaffenheit und Maßgenauigkeit sind grundlegend für die korrekte Funktion und Passung. Während sowohl die CNC-Bearbeitung als auch DMLS qualitativ hochwertige Ergebnisse erzielen kann, gibt es zwischen den Verfahren deutliche Unterschiede.
CNC-Teile sind normalerweise direkt nach der Bearbeitung bereits sehr glatt mit Ra-Werten von bis zu 0,8 μm. Sie können je nach Material und Anwendung außerdem Oberflächenveredelungen wie Eloxieren, Perlenstrahlen oder Pulverbeschichtung hinzufügen. Es können Toleranzen von bis zu ±0,025 mm erreicht werden, was die CNC-Bearbeitung zu einer soliden Option für genau eingepasste Komponenten macht.
DMLS-Teile kommen mit einer gröberen Rauigkeit von ungefähr 10 - 15 μm Ra aus dem Drucker. Sie können das Teil jedoch schlichten, indem Sie es bearbeiten, polieren, scheuern oder chemisch veredeln. Standardtoleranzen liegen bei ungefähr ±0,1 mm, sie können aber mithilfe eines sekundären Bearbeitungsverfahrens an kritischen Merkmalen noch enger gehalten werden. Sie sollten nur beachten, dass zusätzliche Oberflächenveredelungsschritte Zeit und Kosten zu Ihrem Projekt hinzufügen können.
Vorteile
Jedes Verfahren hat seine Stärken – je nach Ihren Designzielen, Materialanforderungen und Komplexität.
CNC-Bearbeitung
- Hohe Präzision und enge Toleranzen
- Ausgezeichnete Oberflächenveredelungen und breit gefächerte Nachbearbeitungsoptionen
- Unterstützt Metalle und Kunststoffe
- Kürzere Vorlaufzeiten für einfachere Geometrien
DMLS
- Ideal für äußerst komplexe oder organische Formen
- Keine Werkzeuge erforderlich
- Weniger Abfall aufgrund von additiver Herstellung von Teilen
- Gut für leichte oder konsolidierte Teile
Nachteile
Bei jedem Verfahren muss man je nach Teiledesign und Produktionsbedürfnissen Abstriche machen.
CNC-Bearbeitung
- Weniger geeignet für komplexe interne Merkmale
- Mehr Abfall aufgrund des subtraktiven Verfahrens
DMLS
- Auf bestimmte Metallpulver beschränkt
- Für Oberflächenveredelung ist Nachbearbeitung erforderlich
Produktionsmenge und Vorlaufzeiten
Produktionsgeschwindigkeit und -menge können die Auswahl des richtigen Verfahrens für Ihr Projekt beeinflussen. Die CNC-Bearbeitung wird aufgrund von kürzeren Einrichtungszeiten und kalkulierbaren Vorlaufzeiten oft für Rapid Prototyping und die Produktion mittlerer Stückzahlen bevorzugt. CNC-Teile von Protolabs können schon innerhalb von einem Werktag versandt werden.
DMLS eignet sich besser für einzelne Prototypen oder die Produktion niedriger Stückzahlen von geometrisch komplexen Teilen. Vorlaufzeiten sind jedoch oftmals aufgrund des Schichtverfahrens, der Handhabung des Pulvers und der erforderlichen Nachbearbeitung länger.
CNC vs. DMLS: Vorlaufzeiten und Stückzahlen
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CNC-Bearbeitung |
DMLS |
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Typische Vorlaufzeit |
1 - 3 Werktage |
5 - 7 Werktage |
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Ideale Stückzahl |
1 - 10.000 Teile |
1 - 50 Teile |
Kostenvergleich
Kosten sind von großer Bedeutung. Jede Technologie hat – je nach Ihrer Verwendung – unterschiedliche Auswirkungen auf Ihr Budget. Die CNC-Bearbeitung wird im Allgemeinen in der passenden Größenordnung rentabler, da die Einrichtungskosten auf mehr Teile verteilt werden und die Maschinen für wiederholte Aufgaben effizient betrieben werden können. Die Kosten können sich jedoch mit komplexeren Teilen, engeren Toleranzen oder hochwertigeren Materialien erhöhen.
Bei DMLS sind die Kosten pro Teil oft höher. Dies liegt zum größten Teil am Preis von Metallpulver, an Druckzeiten und Nachbearbeitung. Das Verfahren kann allerdings bei Anwendungen kostengünstiger sein, bei denen die Konsolidierung von Teilen, die Verringerung des Gewichts oder komplexe Designmerkmale, für die andernfalls mehrere Schritte erforderlich wären, nützlich wären.
Anwendungsbeispiele und passende Branchen
Sowohl die CNC-Bearbeitung als auch DMLS eignen sich für ein breites Spektrum an Branchen.
Die CNC-Bearbeitung wird häufig für Halterungen in der Luft- und Raumfahrt sowie in der Automobilbranche, für Einfassungen, medizinische Gehäuse, Zahnräder und Vorrichtungen eingesetzt, bei denen höchste Priorität auf Toleranzen, Oberflächenveredelungen und Haltbarkeit gelegt wird. Darüber hinaus wird das Verfahren häufig in Branchen wie Energie, Unterhaltungselektronik und Industriemaschinen genutzt, wenn Haltbarkeit und Wiederholbarkeit wichtig sind.
DMLS ist ideal für Teile wie Wärmetauscher, leichte strukturelle Komponenten und konforme Kühlkanäle, da sich damit komplexe interne Merkmale wie Gitter und eingebettete Durchflusswege schaffen lassen, die direkt als ein einziges gedrucktes Teil ohne Werkzeuge oder Zusammenbau hergestellt werden. Diese hochentwickelten Designs kommen im Allgemeinen in der Luft- und Raumfahrt, der Robotik sowie in Hochleistungsanwendungen der Automobilbranche zum Einsatz, in denen Gewichtsreduzierung und Konsolidierung von Teilen wichtig sind.
Im Folgenden finden Sie eine kurze Gegenüberstellung, die die jeweiligen Stärken der Verfahren aufzeigt:
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CNC-Bearbeitung |
DMLS |
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Strukturelle Halter, Gehäuse und für das Fliegen zertifizierte Komponenten, für die enge Toleranzen und Festigkeit erforderlich sind |
Leichte Gitterstrukturen, Wärmetauscher und konsolidierte Teile mit internen Kühlkanälen |
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Chirurgische Werkzeuge, Gehäuse für Implantate und Einfassungen mit geschlichteter Oberflächenveredelung und Biokompatibilität |
Patientenspezifische Implantate, poröse Knochengerüste und komplexe anatomische Formen |
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Antriebsstrangteile, Motorprototypen und Halter für wiederholbare und haltbare Leistung |
Benutzerdefinierte Befestigungen, leichte oder wärmebeständige Teile für Motorsport- und Elektrofahrzeug-Anwendungen |
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Endeffektoren, Gehäuse und Befestigungen, bei denen Festigkeit und Präzision von Bedeutung sind |
Topologie-optimierte Gelenke, Sensorgehäuse und integrierte Geometrien, die die Anzahl der Teile verringert |
Häufig gestellte Fragen: CNC vs. DMLS
Worin liegt der Unterschied zwischen der CNC-Bearbeitung und DMLS?
expand_less expand_moreDie CNC-Bearbeitung ist ein subtraktives Verfahren, bei dem ein Schneidwerkzeug ein solides Material bearbeitet. DMLS ist ein additives Verfahren, bei dem Teile schichtweise aus Metallpulver hergestellt werden.
Welches Verfahren ist präziser?
expand_less expand_moreDie CNC-Bearbeitung bietet normalerweise engere Toleranzen und glattere Nachbearbeitungen an, besonders für wichtige Oberflächen.
Kann DMLS die CNC-Bearbeitung ersetzen?
expand_less expand_moreNicht komplett. DMLS eignet sich ausgezeichnet für komplexe Geometrien. Es kann dabei jedoch ein Hybridansatz von Vorteil sein, wobei bestimmte Oberflächen mithilfe der CNC-Bearbeitung nachbearbeitet werden.
Eignet sich DMLS besser für Prototypen?
expand_less expand_moreFür komplexe Prototypen aus Metall ja. Die CNC-Bearbeitung ist jedoch für einfachere Designs oder Kunststoffteile meist schneller und günstiger.
Welches Verfahren eignet sich besser für Teile für die Luft- und Raumfahrt?
expand_less expand_moreBeide Verfahren sind weitverbreitet. Die CNC-Bearbeitung wird für lasttragende Teile oder Teile mit hohen Toleranzen bevorzugt. DMLS glänzt bei leichten Teilen oder konsolidierten Designs.
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