Toolkit für CNC-gefertigte Teile
Umfassende Tipps für den optimalen Entwurf Ihrer Kunststoffteile für die CNC-Bearbeitung; sparen Sie wertvolle Produktionszeit und -kosten, indem Sie bei der Konstruktion die Bearbeitbarkeit berücksichtigen.
Teiledesign für die CNC-Bearbeitung optimieren
Bei der Entwicklung von Kunststoff- und Metallteilen für die CNC-Bearbeitung sind zahlreiche Faktoren zu berücksichtigen, wie etwa die Produktionskosten, die angestrebte Qualität, die Montierbarkeit sowie generell die Machbarkeit. All dies unter einen Hut zu bekommen, kann eine Herausforderung sein. Bei Protolabs werden Ihre CAD-Modelle einer automatisierten Designanalyse unterzogen, durch die Sie im Handumdrehen erfahren, was gegebenenfalls an Ihrem Entwurf anzupassen ist, um das Teil mit der gewünschten Fertigungsoption herstellen zu können. Es handelt sich um eine großartige Ressource für das Design, die Sie immer zur Hand haben können. Damit Ihr CNC-Modell ohne große Anpassungen möglichst auf Anhieb gefertigt werden kann, haben wir diese praktischen Tipps zu verschiedenen CNC-Bearbeitungsressourcen zusammengestellt.
Design-Tipps für CNC-gefertigte Teile
→ Toleranzen
→ Löcher
→ Tiefe Strukturens
→ Gewinde und Einsätze
→ Beschriftung
→ Radien
Wichtige Hinweise für die CNC-Bearbeitung
→ Fehlender Materialabtrag
→ Geringe Wandstärke
→ Richtlinien für Gewindebohrungen
→ Zu große Teile
Entwerfen für die CNC-Bearbeitung
Die CNC-Bearbeitung hat sich seit mehreren Jahrzehnten bewährt, und das aus gutem Grund. Sie zählt zu den schnellsten Herstellungsverfahren für Prototypen und Fertigteile. Sie möchten mehr darüber erfahren, wie Sie Ihre Produktentwicklungszyklen durch CNC-Bearbeitung optimieren können? In unserem Whitepaper erläutern wir, wie Sie Ihre Designs für die subtraktive Fertigung optimieren, das geeignete Material für Ihre Anwendung auswählen und die Entwicklung neuer Produkte vereinfachen können.
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Toleranzen
Toleranzen stellen die Maßhaltigkeit eines Teils sicher. Dabei geben Sie an, wie stark die Abmessungen eines Teils abweichen dürfen. Die von Protolabs gefertigte Teile haben in der Regel eine Bearbeitungstoleranz von ±0,1 mm oder besser. Unser Netzwerkpartner HUBS bietet bei Bedarf Toleranzen bis ±0,010 mm. Ein Vorteil unserer Normtoleranz von ±0,1 mm ist, dass Sie keine 2D-Zeichnung erstellen müssen. Wir können mit der Fertigung beginnen, sobald Sie uns das 3D-Modell zur Verfügung stellen.
Löcher
Im Allgemeinen werden Löcher bei Protolabs mit einem Schaftfräser interpoliert und nicht gebohrt. Dies bietet nicht nur mehr Flexibilität bei den Lochgrößen, sondern auch eine bessere Oberflächenqualität als gebohrte Löcher. Die Möglichkeit, ein und dasselbe Werkzeug für Schlitze und Aussparungen zu verwenden, verkürzt die Zykluszeit und senkt die Kosten. Ein Nachteil dabei ist, dass Löcher mit einer Tiefe von mehr als ihrem 6-fachen Durchmesser eine Herausforderung darstellen. Dies erfordert oft spezielle Bohrer, und das Teil muss gegebenenfalls von beiden Seiten bearbeitet werden.
Gewindebohrungen
Früher wurden Gewinde von Hand gebohrt. Protolabs nutzt hierfür eine modernere Methode. Wir schneiden Gewindeprofile spiralförmig mit einem Einzahn-Gewindefräser. Dieser CNC-Prozess erzeugt präzise Gewinde, und das Werkzeug kann zum Schneiden mehrerer Gewinde mit derselben Steigung (Anzahl der Gewindegänge pro mm oder Zoll) verwendet werden. Innerhalb eines Werkzeugsatzes sind UNC- und UNF-Gewinde ab N2 bis 0,5 Zoll sowie metrische Gewinde von M2 bis M12 möglich. Eine vollständige Liste finden Sie hier.
Beschriftung
Protolabs kann Teile mittels CNC-Bearbeitung beschriften, wenn der Abstand zwischen den Zeichen und die Strichdicke mindestens 0,5 mm betragen. Dabei sollte Folgendes beachtet werden:
- Der Text sollte vertieft sein (0,2 bis 0,5 mm Tiefe sind meist ausreichend), da das Material schneller entfernt werden kann
- Schriften mit Rundungen wie Arial, Verdana, Sans Serif oder ähnliche eignen sich für runde Werkzeuge besser.
- Eine Größe von mindestens 20 Punkt stellt sicher, dass die Textbreite über 0,5 mm liegt.
Wände und Merkmale
"Die Werkzeuge von Protolabs enthalten Materialien wie Wolframkarbid, ein extrem steifes Material mit hoher Formbeständigkeit für maximale Werkzeugstandzeit und Produktivität. Doch selbst die stabilsten Werkzeuge und auch die bearbeiteten Metalle und Kunststoffe verformen sich. Bei Protolabs liegt die Mindestdicke von Wänden und Merkmalen bei 0,5 bis 1 mm. Mit einem einzelnen Schnitt sind maximal 50 mm Tiefe und 1 mm Breite erreichbar. Beim Schlankheitsgrad ist bei manchen Materialien 50 : 1 möglich, wobei 20 : 1 ein guter Richtwert ist.*"
Radien
Scharfe Ecken werden bei der CNC-Bearbeitung abgerundet. Dies wird festgestellt, bevor das Teil gefräst wird. Bei weicheren Materialien haben die Werkzeuge einen flachen Bohrungsgrund, sodass nur der Werkzeugdurchmesser zu berücksichtigen ist. Bei härteren Metallen haben Werkzeuge in der Regel auch einen Spitzenradius – dadurch formt sich am Boden der Aussparung ein kleiner Radius. **
Anmerkungen:
* Fügen Sie gegebenenfalls Streben hinzu, um die Steifigkeit zu erhöhen. Achten Sie auf tiefe, schmale Aussparungen oder Teilemerkmale an hohen Wänden. Vibrationen des Fräsers oder des Werkstücks können zu Verformungen führen und die Genauigkeit oder Oberflächenqualität beeinträchtigen..
** Generell sind Rundungen eine gute Sache – Rundungen sorgen für eine gute Lastverteilung. Durch scharfe Ecken kann sich die Spannung erhöhen, was mitunter zu Ermüdungsrissen führt. Wir entgraten Teile generell. Wenn Sie jedoch zur Verbesserung der Optik und Handhabung Außenradien hinzufügen möchten, lassen sich diese bei der CNC-Bearbeitung schneller und damit viel günstiger mit einer 45°-Fase erzeugen. Für die CNC-Bearbeitung sind folgende Punkte wichtig:
- Innenliegende Ecken – Kehlen/Radien
- Außenliegende Ecken – Fasen
Teile mit rechtwinkligen Ecken herzustellen, ist mit hohen Kosten verbunden, da dies nur durch Funkenerosion (EDM) oder langsames Schneiden mit extrem feinen Werkzeugen möglich ist.
Wichtige Hinweise zur CNC-Bearbeitung
Fehlender Materialabtrag
Wir geben an, welcher Prozentsatz des Materials abgetragen wird und welche Bereiche unbearbeitet bleiben und dadurch zu Designabweichungen führen. In den dunkelblauen Bereichen bleibt Material zurück oder das Teil wird hier nicht bearbeitet. Sie können Ihren Entwurf anpassen oder das Teil in der bestehenden Form anfertigen lassen.
Bereiche sind aus zwei Gründen nicht erreichbar bzw. bearbeitbar:
- Allgemein für die CNC-Bearbeitung ungünstige Designmerkmale, wie etwa tiefe Löcher, Bohrungen oder interne Merkmale, tiefe Gewinde, nicht erreichbare Hinterschnitte oder anderweitig eingeschränkter Werkzeugzugang. In diesen Fällen kann der 3D-Druck besser als die CNC-Bearbeitung geeignet sein.
- Die folgenden Merkmale verlangsamen die Herstellung: Löcher, die tiefer als ihr 6-facher Durchmesser sind, Gewinde, die tiefer als ihr 3-facher Durchmesser sind, Hinterschnitte, die Spezialwerkzeuge erfordern (T-Fräser, Schlitzfräser oder Lollipop-Fräser), große Teile mit 5 Achsen oder eingeschränkter Werkzeugzugang. Dies liegt daran, dass wir mit Standardwerkzeugen arbeiten. Wir beraten Sie gern und bieten eine große Auswahl an CNC-Bearbeitungsoptionen über unser HUBS-Netzwerk an.
Richtlinien für Gewindebohrungen
Für die Designanalyse können Sie die zu erstellenden Gewindebohrungen einfach durch Klicken auf Ihr 3D-Modell markieren.
Wir bieten eine begrenzte Auswahl an UNF- und UNC-Gewinden (metrisch und Zoll) sowie selbstsichernde und Spiralgewindeeinsätze an (diese werden jedoch nicht von uns eingesetzt oder geliefert).
Damit ein Loch zum Gewindeschneiden geeignet ist, muss es mit dem Durchmesser der Vorbohrung modelliert werden. Die Software erkennt geeignete Gewinde. Sie können diese einzeln oder alle gleichzeitig auswählen.
Zu geringe Wandstärke
Die Standardtoleranz für Teile liegt bei Protolabs bei +/‒0,1 mm (bzw. der mittleren Klasse von ISO 2768). Bei Merkmalen, die dünner als 1 mm sind, wird während der Designanalyse automatisch auf die geringe Wandstärke hingewiesen. Wir können das Teil dennoch anfertigen, es weicht jedoch möglicherweise von Ihrem ursprünglichen Design ab. Bei geringen Wandstärken unter 0,5 mm besteht die Gefahr, dass sie während der Bearbeitung brechen oder sich danach verbiegen bzw. verziehen. Sofern dies möglich ist, werden dickere Wandstärken empfohlen.
Zu große Teile
Die Höchstmaße beziehen sich auf das Rohmaterial und den Bearbeitungsbereich. Je nach Geometrie und Befestigung des Teils während der Bearbeitung können die maximal möglichen Abmessungen des fertigen Teils daher geringer ausfallen. Sie erhalten zu jedem hochgeladenen Modell eine Analyse und Empfehlungen.
Erfahren Sie, welche Höchstmaße bei den verschiedenen von Protolabs angebotenen Materialien möglich sind.
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Erweiterte Fertigungsmöglichkeiten durch unser digitales Netzwerk
Eloxieren, engere Toleranzen und Preisoptionen für Serienfertigung durch unser Netzwerk von Fertigungspartnern. Bestellen Sie beschichtete (Schwarzoxid, Nickel), eloxierte (Typ II und III) oder chromatierte Teile in hohen Stückzahlen mit Toleranzen bis ±0,020 mm. Bei größeren CNC-gefertigten Chargen können wir Ihnen Mengenrabatte gewähren.
Testen Sie unser digitales Netzwerk
Fordern Sie noch heute ein Online-Angebot und eine Designanalyse für die CNC-Bearbeitung an.