Insight

DMLS & CNC-Bearbeitung - ein gutes Team

Die Meister-Klasse in Produktdesign und -entwicklung 

Kennen Sie schon unseren CNC-Werkstoffselektor?

Unser Materialselektor im Taschenformat ist eine Kurzanleitung, die Sie bei der Auswahl des richtigen Kunststoff- oder Metallmaterials für Ihre Anforderungen unterstützt. Es listet spezifische Maße wie Wärmeverformung, Zugfestigkeit und Härte und vieles mehr auf.

Insight: DMLS & CNC-Bearbeitung - ein gutes Team 

08.05.2020

 

Hallo und herzlich willkommen zu dieser Ausgabe von Insight!

Heute werden wir über die CNC-Bearbeitung und den 3D-Druck bei der Herstellung von Metallteilen sprechen.

Wenn Sie diese Videoreihe etwas verfolgt haben, wissen Sie vielleicht, dass ich schon viel darüber gesprochen habe. Schon allein einzeln sind die beiden Designverfahren unglaublich hilfreich. Wenn Sie sie in Ihr Repertoire aufnehmen, sind Sie beim Teiledesign noch flexibler und können dabei sogar Zeit und Geld sparen. Um davon in vollem Umfang zu profitieren, sollten Sie jedoch verstehen, welches die gemeinsamen Stärken und inhärenten Unterschiede der Verfahren sind und wie Sie diese am besten für sich nutzen.

Ein tolles Beispiel hierfür ist die Beziehung zwischen der CNC-Bearbeitung und dem direkten Lasersintern, kurz DMLS. Die Maschinenbearbeitung bietet unglaublich schnelle Produktionsgeschwindigkeiten, die geometrischen Möglichkeiten sind jedoch relativ begrenzt. Beim DMLS dagegen lässt sich mit nicht mehr als einem Laserstrahl und einem Haufen Metallpulver praktisch jede Form abbilden. Das Verfahren kann jedoch einige Zeit in Anspruch nehmen.

Vor diesem Hintergrund sollten Sie das Verfahren normalerweise anhand von zwei Fragen auswählen:

  1. A) Lassen sich die Teile mittels Maschinenbearbeitung herstellen, und
  2. B) Wie viele Teile werden benötigt?

Nachdem Sie die Antworten auf diese Fragen haben, wählen Sie einfach das eine oder andere Verfahren aus und legen los. Richtig? In vielen Fällen können sich die beiden Fertigungsverfahren ergänzen und die jeweiligen Schwächen gegenseitig ausgleichen.

Tatsächlich ist der 3D-Druck häufig auf seinen traditionellen Verwandten angewiesen, um den Auftrag ausführen zu können. Löcher müssen gebohrt oder aufgerieben, Gewinde geschnitten oder gefräst und kritische Oberflächen gefräst, gedreht oder auf Maß geschliffen werden. Zumindest jedoch brauchen 3D-Druckteile in der Regel ein wenig Pflege in Form von Reinigen, Strahlen und Entfernen der Stützstrukturen – alles Prozesse, für die eine Maschinenwerkstatt aufgesucht werden muss.

So wird z. B. beim DMLS-Verfahren das Metall zunächst stark erhitzt und kühlt danach ab, was Sinn ergibt, da das Teil mit einem Laser abgestrahlt wird. Dadurch entstehen Eigenspannungen, die im Anschluss mit einer Wärmebehandlung beseitigt werden müssen. Dieser Spannungsabbau ist für uns nicht unerheblich, weil er immer zu einer Bewegung des Teils und somit zu einem Genauigkeitsverlust führt. Deshalb muss selbst bei einem gut konzipierten DMLS-Teil jedes Merkmal, für das Toleranzen von weniger als ±0,1 mm einzuhalten sind, nachgebessert, d.h. maschinell bearbeitet werden.

Ein weiterer wichtiger Aspekt, der dafür spricht, DMLS und maschinelle Bearbeitung miteinander zu kombinieren, ist die Oberflächenveredelung. Auf einer vertikalen oder horizontalen Fläche produziert das DMLS-Verfahren Teile, deren Rauheit in etwa der beim Sandguss entspricht, während bei allen anderen Oberflächen ein gewisser Stufeneffekt sichtbar ist.

Wenn Sie für Ihr Design eine glatte Oberfläche benötigen, muss das Teil deshalb gestrahlt, geschliffen oder möglicherweise maschinell bearbeitet werden. Deshalb ist es wichtig, den DMLS-Erstellungsprozess so zu planen, dass jedes Teil, das nachbearbeitet werden muss, auch tatsächlich mit einem Fräser, Bohrer oder Drehwerkzeug zu erreichen ist.

Ein weiteres Element des Bauteils, bei dem Sie sich über die Erreichbarkeit Gedanken machen sollten, sind die Stützkonstruktionen. Die gerüstartigen Strukturen sind notwendig, um zu verhindern, dass das halbgeschmolzene Metall durchhängt, sich kräuselt oder sich auf andere Weise unerwünscht verhält. Und obwohl diese normalerweise mit einem Dremel entfernt werden können, ist die maschinelle Bearbeitung bei größeren Teilemengen, oder wenn das Werkstück sowieso in die Maschinenwerkstatt muss, möglicherweise die bevorzugte Methode.

Ohne eine saubere Planung im Vorfeld kann in der Werkstatt ein weiteres unerwartetes Problem auftreten: die Aufspannung. Im Gegensatz zum DMLS-Verfahren müssen maschinell bearbeitete Teile festgeklemmt, verschraubt oder auf andere Weise sicher an der Maschine befestigt werden. Wie kann also der Zerspanungsmechaniker Ihr 3D-gedrucktes Werkstück, das ausschließlich aus geschwungenen, organischen Formen besteht – was den 3D-Druck besonders attraktiv macht – am besten für das Dreh- oder Fräsverfahren aufspannen?

Als Letztes sollten Sie sich über das Metall selbst Gedanken machen, bevor Sie diese beiden Techniken zusammenbringen. Die beim DMLS-Verfahren verwendeten Laser haben eigentlich kein Problem mit harten oder robusten Metallen, Schneidwerkzeuge aber sehr wohl. Bevor Sie sich dafür entscheiden, ein Druckteil aus Titan oder Kobalt-Chrom herzustellen, sollten Sie sich überlegen, ob es sich lohnt, einen höheren Werkzeugverschleiß und eine längere Bearbeitungszeit in Kauf zu nehmen, um diese Anpassungen vorzunehmen.

Darauf kommt es an: Bei Metallteilen können Sie tatsächlich das Beste aus zwei Welten – 3D-Druck und maschinelle Bearbeitung – herausholen. Prüfen Sie jedoch vorher sorgfältig die Designoptionen. Stellen Sie Fragen, machen Sie sich die einzelnen Verfahren zu Eigen und erkennen Sie, dass beide enge Partner in der Fertigung sind.

Das war‘s für diese Woche. Ich freue mich, Sie nächsten Freitag wiederzusehen.


Bleiben Sie auf dem Laufenden

Melden Sie sich für unsere Updates zu allen Protolabs Insight-Videos an. 

ZUR ANMELDUND

Weitere Informationen