November 2013



Materialfragen: Stahl, Edelstahl und andere

Es gibt eine Reihe von Gründen dafür, sich für die Bearbeitung von Stahlteilen in Kleinserien im Rahmen des Firstcut Services zu entscheiden. Sie alle drehen sich um das Thema Geschwindigkeit. So lassen sich beispielsweise Kleinserien von Stahlteilen schneller als in traditionellen Maschinenwerkstätten (im Normalfall) herstellen. Bei Stückzahlen, die in die Hunderte oder Tausende gehen, spielen Zeitaufwand und hohe Kosten bei der traditionellen Erzeugung von Werkzeugwegen zwar weniger eine Rolle, doch bei kleinen Mengen ist die automatisierte Erzeugung der Werkzeugwege von Firstcut schneller und kostengünstiger. Solche Kleinserien kommen gelegentlich in Branchen wie der Luft- und Raumfahrt vor.


Neben der Luft- und Raumfahrtindustrie, ist Stahl unter anderem auch in den Bereichen Computerelektronik, Automobil und Medizin weit verbreitet. Ein zweiter Anwendungsbereich für die schnelle Bearbeitung ist die Herstellung von Prototypenteilen aus Stahl, die später mittels Volumenzerspanung oder Metallpulverspritzgießen (MIM) produziert werden. Bearbeitete Prototypen sind funktionell mit bearbeiteten Produktionsteilen identisch, teilen jedoch viele, wenn auch nicht alle Eigenschaften von MIM-Teilen, solange der Werkstoff derselbe ist. Wenn Sie Prototypen anhand von 3D-CAD-Modellen aus denselben Werkstoffen herstellen können, die Sie später in der Produktion verwenden, können Sie früher mit Funktionsprüfungen beginnen, die Ergebnisse wiederum in den Entwicklungsprozess einfließen lassen und vollständig geprüfte Produkte schnell auf den Markt bringen.


Zu guter Letzt gibt es Stahlteile, die weder Produkte noch Prototypen sind, wie spezielle Vorrichtungen, die häufig einzeln oder in sehr kleinen Mengen produziert werden. Die schnelle Bearbeitung eignet sich ideal für diese Anwendungen, da die hohen Rüstkosten praktisch entfallen.

Abbildung 1: Beispiel eines Stahlteils

Abbildung 1: Beispiel eines Stahlteils


Stahl wird unter den Metallen häufig wegen seiner Festigkeit und Härte, seiner Fähigkeit, Reibung und Hitze zu widerstehen und — im Fall von Edelstahl — seiner Korrosionsbeständigkeit ausgewählt. Diese Eigenschaften machen ihn zum idealen Werkstoff für zahlreiche Anwendungen im Automobil- und Medizinbereich sowie für Anwendungen mit hohen Temperaturen. Bei Stahl und Edelstahl kann die Bearbeitung länger dauern als bei den weicheren Metallen — Aluminium, Messing und Kupfer — die Firstcut ebenfalls bearbeitet. Während bei den weicheren Metallen Bearbeitungszeiten von einem bis drei Werktagen die Regel sind, werden bei den Stählen vier bis fünf Tage benötigt. Und dort, wo manche der weicheren Metalle zur Herstellung von Teilen aus 558 x 355 mm großem Material verwendet werden können, produziert Firstcut aus den Stählen und Edelstählen s275, en8/c45, 304/304L und 316/316L Teile, die in einen Umschlag von 250 x 175 x 44 mm passen.


Die Härte des Stahls bestimmt gleichzeitig die Mindestgröße von Schneidwerkzeugen und die maximale Tiefe von geradflankigen Schnitten. Wie bei anderen Werkstoffen müssen tiefere Schnitte mit dickeren Schneidwerkzeugen hergestellt werden. Im Firstcut-Verfahren müssen Bohrlöcher in Stahl einen Durchmesser von mindestens 0,80 mm besitzen. Der kleinstmögliche fräsbare Radius beträgt 0,40 mm. Bei diesen Mindestgrößen muss die Stärke mindestens 0,75 mm betragen.


Dünne Wände können ebenfalls ein Problem darstellen. Obwohl die absolute Mindestwandstärke bei bearbeitetem Stahl 0,50 mm beträgt, raten wir dringend zu einer Wandstärke von mindestens 1 mm. Der Grund dafür ist, dass bei der Produktion von Stahl Eigenspannungen entstehen können, die zu Verformungen führen können, wenn das Material zu dünn bearbeitet wird. Ein weiterer Grund dafür, warum Sie extreme Minimalwerte vermeiden sollten ist, dass sich dadurch die Bearbeitung verlangsamen und die Kosten erhöhen können.


Wie bei allen Firstcut vorgelegten Entwürfen, informiert Sie die FirstQuote Designanalyse darüber, ob Ihr 3D-CAD-Modell Probleme hinsichtlich der Ausführbarkeit mit sich bringt — z. B. Löcher, Radien, Tiefen, Wandstärken etc. — die Ihre Aufmerksamkeit erfordern.


Firstcut bearbeitet die folgenden Stahlsorten:


  • S275, kohlenstoffarmer Stahl, bessere Bearbeitbarkeit, etwas günstiger
  • En8/c45, allgemeine höherfeste Stahllegierung
  • 304/304L* Edelstahl ist vielseitig, weit verbreitet und etwas günstiger als 316
  • 316/316L* bietet insgesamt eine bessere Korrosionsbeständigkeit

* Das Material, das wir für 304/304L und 316/316L verwenden, besitzt eine „duale Zertifizierung“ und erfüllt die Anforderungen an beide Formen dieser Werkstoffe.


Die Standard-Oberflächenqualität für alle Stahlteile ist entgratet, die Teile können jedoch optional im gefrästen Rohzustand belassen oder leicht perlgestrahlt werden. Denken Sie aber daran, dass Teile im gefrästen Rohzustand scharfe Grate haben können.


Wenn Sie Fragen zu Werkstoffen oder den Möglichkeiten unserer Verfahren haben, können Sie einen Proto Labs Kundendienstmitarbeiter unter der Telefonnummer +49 (0) 6261 6436947 kontaktieren. Eine vollständige Liste mit Werkstoffoptionen finden Sie auf unserer Firstcut Materialseite.