September 2011



Fräsen mit Firstcut: Wann, warum und wie

Beim CNC-Fräsen (CNC: computerisierte numerische Steuerung) werden programmierte Werkzeugwege zur Automatisierung der Bewegung eines Fräswerkzeugs eingesetzt. Nachdem die erforderlichen Bewegungen programmiert wurden, lassen sich mit dem Verfahren schnell und effizient (nahezu) identische Teile herstellen. Die größte Hürde ist die Programmierung der Werkzeugwege. Selbst mit moderner CAM-Software (CAM: rechnerunterstützte Fertigung) ist die Programmierung der Werkzeugwege zeitaufwendig und teuer, da nur ein ausgebildeter Programmierer die richtige Frässtrategie für die einzelnen Bereiche des Entwurfs auswählen kann. Aufgrund der Kosten für die Programmierung der Werkzeugwege kann die Produktion eines Einzelteils mittels CNC-Fräsen sehr teuer sein. Normalerweise ist eine große Stückzahl notwendig, um die Stückkosten auf ein angemessenes Niveau zu bringen. Außerdem kann es manchmal schwierig sein, Fräsereien zu finden, die Aufträge über sehr kleine Stückzahlen annehmen, da diese eine knappe Ressource binden: den CNC-Programmierer.


Unser CNC-Fräsdienst Firstcut ersetzt den teuren, menschlichen Programmierer durch etwa eine Million Zeilen eines hochentwickelten Codes, der auf einem massiven, parallelen Computercluster läuft (siehe Abbildung 1). Da für die einmalige Entwicklung keine menschliche Arbeitskraft notwendig ist, liegen die Kosten für ein einzelnes Frästeil deutlich niedriger. Aus diesem Grund sind Kleinserien schnell lieferbar und erschwinglich. Die Methode ist so kostengünstig, dass sie additiven RP-Verfahren, wie Stereolithographie (SLA) oder dreidimensionalem Drucken (3DP), in nichts nachsteht, und sie bringt dabei, statt eines geschichteten, ein massives Produkt hervor. Um ausführlichere Informationen zum CNC-Fräsen und zu weiteren Prototypen-Verfahren zu erhalten, laden Sie bitte unsere Infobroschüre zu den Herstellungsverfahren von Prototypen herunter.

Abbildung 1: Das Firstcut-Verfahren verwendet urheberrechtlich geschützte Software, die in einem großen Rechenzentrum läuft und Ihre 3D-CAD-Entwürfe in Programme übersetzt, die auf hochmodernen CNC-Fräsmaschinen laufen.

Abbildung 1: Das Firstcut-Verfahren verwendet urheberrechtlich geschützte Software, die in einem großen Rechenzentrum läuft und Ihre 3D-CAD-Entwürfe in Programme übersetzt, die auf hochmodernen CNC-Fräsmaschinen laufen.


Das automatisierte Fräsverfahren von Firstcut und das Schnellspritzgussverfahren von Protomold zeichnen sich durch kürzere Vorlaufzeiten und niedrige Kosten bei geringen Mengen aus. Viele Konstrukteure entscheiden sich dazu, Prototypenteile in den frühen Phasen der Produktentwicklung zu fräsen, noch bevor sie Prototypen für größere Funktionsprüfungen in späteren Phasen spritzgießen lassen. Doch das automatisierte Fräsverfahren von Firstcut ist mehr als ein Ersatz für das Schnellspritzgießen bei kleinen Mengen. Die Möglichkeiten das Verfahrens unterscheiden sich deutlich von denen des Spritzgießens und machen es zu einer noch wertvolleren Ergänzung des Werkzeugkastens von Entwicklern.


Ein großer Unterschied betrifft die zur Verfügung stehenden Werkstoffe. Wir arbeiten mit einer Vielzahl an vorrätigen Werkstoffen, von denen sich viele nicht für das Schnellspritzgießen eignen. Dazu zählen derzeit Metalle, wie Aluminium und Messing. Wir sind in der Lage, Kunststoffe zu fräsen, die für das Schnellspritzgießen zu korrosiv sind, wie z. B. PVC und CPVC, sowie Kunststoffe, die bei Temperaturen eingespritzt werden müssen, die für den Einsatz der Aluminiumformen beim Schnellspritzgießen zu hoch sind. Außerdem können wir Kunststoffe fräsen, die gar nicht spritzgegossen werden können, wie z. B. PTFE. Natürlich eignet sich das Fräsverfahren für eine Vielzahl von Kunststoffen, die auch spritzgegossen werden können. Dadurch ist es für erste Prüfungen von Teilen, die später spritzgegossen werden, ideal. Es gibt jedoch einige Ausnahmen: aus nahe liegenden Gründen können mit Firstcut derzeit keine gummiartigen Werkstoffe, wie TPE oder TPU gefräst werden.


Fräsen mit Firstcut hält Toleranzen von +/- 0,1 mm ein und eignet sich für Formen, wie z. B. Gewindebohrungen, die mit dem Spritzgussverfahren schwierig oder unmöglich herzustellen sind. Die relative Wandstärke ist beim Fräsen der Teile weniger kritisch. Dicke Bereiche, die Einsinkungen verursachen können, stellen beim Fräsen kein Problem dar. Da der Kunststoff nicht durch eine Form fließen muss, sind auch dünne Bereiche, die den Fluss des eingespritzten Kunststoffs behindern könnten, kein Problem. Extrem dünne Bereiche – in der Regel unter 0,5 mm – lassen sich jedoch nicht zuverlässig bearbeiten. Außerdem haben Frästeile keine Bindenähte.


Da Frästeile nicht aus einer Form ausgeworfen werden , müssen keine Formschrägen eingeplant werden. Die Ausnahme bilden bestimmte tiefe, schmale Schnitte. Aus demselben Grund wie bei bestimmten schmalen, hohen Merkmalen von Spritzgussteilen, müssen Frästeile mit einer Formschräge versehen werden. Lange dünne Schneidwerkzeuge können rattern und die Seitenwände eines tiefen Schnitts zerfurchen. Formschrägen ermöglichen den Einsatz stabilerer konischer Schneidwerkzeuge.


Schließlich ist Firstcut in der Lage, Hinterschneidungen zu fräsen, die beim Spritzgießen durch Seitwärtsbewegungen hergestellt werden müssten. Dies ist möglich, da das Werkstück mit unserem Verfahren mittels 3-Achsen-Fräsen von bis zu sechs (orthogonalen) Seiten bearbeitet wird.


Wenn Sie auf eine der zusätzlichen Möglichkeiten zurückgreifen müssen, die das Fräsen bietet – dicke und dünne Wände, keine Formschrägen, Hinterschneidungen – und Ihr Volumen klein genug ist, kann das Fräsverfahren die ideale Lösung für Sie sein. Wenn Sie Firstcut zur Herstellung von Prototypen verwenden, die später mit dem Spritzgussverfahren produziert werden, können diese erweiterten Möglichkeiten Sie dazu verleiten, Merkmale zu integrieren, die sich nur schwer oder gar nicht formen lassen. Es lässt sich jedoch auf einfache Weise sicherstellen, dass Ihr gefräster Entwurf auch formbar ist. Wenn Sie Ihr 3D-CAD-Modell für ein kostenloses FirstQuote® und eine Designanalyse hochladen, sollten Sie gleichzeitig ein kostenloses ProtoQuote® anfordern. Die ProtoQuote Designanalyse ermittelt alle nicht formbaren Merkmale und ermöglicht es Ihnen, alle problematischen Merkmale im Voraus zu korrigieren.


Wie oben beschrieben, lassen sich mit dem Firstcut Fräsverfahren die meisten Merkmale wie mit dem Spritzgussverfahren herstellen, mit einer wesentlichen Einschränkung: der Größe Größeneinschränkungen sind eine komplexe Funktion aus verfügbarem Plattenbestand, Werkstoffen sowie Anzahl und Typ der seitlichen Einstellungen. Ob Ihr Teil unsere Größeneinschränkungen einhält, können Sie am einfachsten überprüfen, indem Sie ein Teil für ein Angebot hochladen oder unsere Designempfehlungen beachten. Das Beste ist, dass wir die Herstellung der Teile in einem Werktag übernehmen und zu einem Preis ab 70€ anbieten können.


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