Was ist der Unterschied zwischen CNC-Rapid-Prototyping und Druckguss für Prototyping?

Beim Prototyping stechen zwei beliebte Methoden hervor: CNC-Rapid-Prototyping und Druckguss. Als CNC-Rapid-Prototyping-Anbieter habe ich die einzigartigen Eigenschaften und Anwendungen beider Techniken aus erster Hand miterlebt. In diesem Blog werde ich mich mit den Unterschieden zwischen diesen beiden Prototyping-Methoden befassen, um Ihnen dabei zu helfen, eine fundierte Entscheidung für Ihr nächstes Projekt zu treffen.

1. Prozessübersicht

CNC-Rapid-Prototyping

CNC (Computer Numerical Control) Rapid Prototyping ist ein subtraktiver Herstellungsprozess. Es beginnt mit einem massiven Materialblock, der aus Metall, Kunststoff, Holz oder Verbundwerkstoff bestehen kann. Der Prozess verwendet vorprogrammierte Computersoftware, um die Bewegung von Schneidwerkzeugen zu steuern. Diese Werkzeuge entfernen nach und nach Material vom Block, um die gewünschte Form zu erzeugen.

Wenn Sie beispielsweise eine benötigenPrototyp einer Airbag-AbdeckungDie CNC-Maschine befolgt bestimmte Anweisungen zum Schneiden, Bohren und Fräsen des Materials, bis die exakte Form der Airbagabdeckung erreicht ist. Dieses Verfahren bietet eine hohe Präzision und kann komplexe Geometrien mit engen Toleranzen herstellen.

Druckguss für Prototyping

Druckguss ist ein Gießverfahren, bei dem geschmolzenes Metall unter hohem Druck in einen Formhohlraum gedrückt wird. Die Form, auch Matrize genannt, besteht typischerweise aus Stahl und ist so konzipiert, dass sie die umgekehrte Form des gewünschten Teils aufweist. Sobald das geschmolzene Metall in die Form eingespritzt wird, kühlt es ab, erstarrt und nimmt die Form des Hohlraums an.

Zum Beispiel beim Erstellen einesPrototyp eines FahrgestellregalsZunächst wird eine Matrize gemäß dem Design des Chassis-Regals hergestellt. Dann wird geschmolzenes Metall in die Gussform eingespritzt und nach dem Abkühlen wird der Prototyp des Chassis-Regals entnommen. Dieses Verfahren eignet sich zur Herstellung großer Stückzahlen bei gleichbleibender Qualität.

2. Materialauswahl

CNC-Rapid-Prototyping

Einer der wesentlichen Vorteile des CNC-Rapid-Prototypings ist die große Materialkompatibilität. Es kann mit verschiedenen Metallen arbeiten, darunter Aluminium, Stahl, Messing und Titan. In der Kunststoffkategorie werden häufig Materialien wie ABS, Polycarbonat und Nylon verwendet. Diese Flexibilität ermöglicht es Designern, das am besten geeignete Material basierend auf den erforderlichen mechanischen Eigenschaften des Prototyps wie Festigkeit, Haltbarkeit und Hitzebeständigkeit auszuwählen.

Muss ein Prototyp beispielsweise hohen Temperaturen standhalten, kann ein hitzebeständiger Kunststoff oder eine Hochtemperaturlegierung gewählt werden. Darüber hinaus kann die CNC-Bearbeitung auch mit Holz und Verbundwerkstoffen arbeiten, was für die Erstellung von Prototypen mit einzigartigen ästhetischen oder funktionalen Anforderungen von Vorteil ist.

Druckguss für Prototyping

Druckguss wird hauptsächlich bei Metallen wie Aluminium, Zink und Magnesium verwendet. Diese Metalle weisen im geschmolzenen Zustand eine gute Fließfähigkeit auf, was für eine gleichmäßige Füllung des Formhohlraums unerlässlich ist. Aluminium ist aufgrund seines geringen Gewichts, seines hohen Festigkeits-Gewichts-Verhältnisses und seiner guten Korrosionsbeständigkeit eine beliebte Wahl. Aufgrund seiner hervorragenden Gießbarkeit und seines niedrigeren Schmelzpunkts wird Zink häufig für kleinere, detailliertere Teile verwendet.

Allerdings sind die Materialoptionen beim Druckguss im Vergleich zum CNC-Rapid-Prototyping relativ begrenzt. Dies kann ein Nachteil sein, wenn für den Prototyp ein nichtmetallisches Material oder eine bestimmte Legierung erforderlich ist, die nicht für den Druckguss geeignet ist.

3. Präzision und Toleranz

CNC-Rapid-Prototyping

CNC-Rapid-Prototyping ist für seine hohe Präzision bekannt. Moderne CNC-Maschinen können Toleranzen von bis zu ±0,005 Zoll (±0,127 mm) oder sogar noch besser erreichen, abhängig von den Fähigkeiten der Maschine und dem zu bearbeitenden Material. Dieses Maß an Präzision macht es ideal für die Erstellung von Prototypen mit komplexen Geometrien und kritischen Abmessungen.

Beispielsweise bei der Herstellung einesCNC-Prototyp für Bohren, Gewindeschneiden und BearbeitungDie CNC-Maschine kann präzise Löcher bohren, Gewinde schneiden und Oberflächen fräsen, um die genauen Spezifikationen zu erfüllen. Die Fähigkeit, die Bewegung der Schneidwerkzeuge mit hoher Präzision zu steuern, stellt sicher, dass die Abmessungen des Prototyps konsistent sind und innerhalb der erforderlichen Toleranzen liegen.

Druckguss für Prototyping

Mit Druckguss können zwar Teile mit guter Maßhaltigkeit hergestellt werden, die Toleranzen sind jedoch im Allgemeinen nicht so eng wie beim CNC-Rapid-Prototyping. Die Schrumpfung des Metalls beim Abkühlen und der Verschleiß der Matrize im Laufe der Zeit können sich auf die Abmessungen des Teils auswirken. Typische Toleranzen beim Druckguss liegen je nach Größe und Komplexität des Teils zwischen ±0,005 Zoll (±0,127 mm) und ±0,010 Zoll (±0,254 mm).

Bei der Großserienproduktion kann Druckguss jedoch für viele Anwendungen immer noch eine akzeptable Präzision bieten. Der Schlüssel liegt darin, die Matrize und das Teil sorgfältig zu entwerfen, um Maßabweichungen zu minimieren.

4. Produktionszeit

CNC-Rapid-Prototyping

CNC-Rapid-Prototyping ist für seine relativ kurze Produktionszeit bekannt, insbesondere bei der Kleinserienfertigung. Sobald der Entwurf fertiggestellt und das CNC-Programm erstellt ist, kann der Bearbeitungsprozess sofort beginnen. Bei einfachen Prototypen kann die Produktionszeit nur wenige Stunden betragen.

Bei komplexeren Teilen mit komplizierten Geometrien kann sich die Produktionszeit jedoch erheblich verlängern. Dies liegt daran, dass die CNC-Maschine zur Herstellung des Teils mehrere Vorgänge wie Fräsen, Bohren und Drehen ausführen muss. Darüber hinaus kann sich auch die Rüstzeit der Maschine, einschließlich Werkzeugauswahl und -kalibrierung, auf die Gesamtproduktionszeit auswirken.

Druckguss für Prototyping

Druckguss hat im Vergleich zum CNC-Rapid-Prototyping eine längere Vorlaufzeit. Der erste Schritt besteht darin, die Matrize zu entwerfen und herzustellen, was je nach Komplexität der Matrize mehrere Wochen oder sogar Monate dauern kann. Sobald die Gussform fertig ist, geht der eigentliche Gießvorgang relativ schnell vonstatten. Wenn man jedoch den Zeitaufwand für die Herstellung von Formen berücksichtigt, ist die Gesamtproduktionszeit für einen Prototyp aus Druckguss in der Regel länger als die eines CNC-bearbeiteten Prototyps.

Diese lange Vorlaufzeit kann ein Nachteil sein, wenn Sie schnell einen Prototyp zur Designverifizierung oder Markttests benötigen.

5. Kosten

CNC-Rapid-Prototyping

Die Kosten für das CNC-Rapid-Prototyping hängen von mehreren Faktoren ab, darunter dem Material, der Komplexität des Teils und der Menge. Bei der Kleinserienfertigung ist die CNC-Bearbeitung häufig kostengünstiger, da keine teuren Werkzeuge wie Matrizen erforderlich sind. Die Hauptkostenbestandteile sind Materialkosten, Maschinenzeit und Arbeitsaufwand.

Mit zunehmender Stückzahl sinken die Kosten pro Teil jedoch möglicherweise nicht wesentlich, da jedes Teil einzeln bearbeitet wird. Dadurch ist CNC-Rapid-Prototyping für die Großserienproduktion weniger geeignet.

Druckguss für Prototyping

Druckguss ist mit hohen Anschaffungskosten verbunden, da die Form selbst entworfen und hergestellt werden muss. Der Stanzformenherstellungsprozess erfordert Präzisionsbearbeitung und Wärmebehandlung, was teuer sein kann. Bei der Produktion in großem Maßstab sinken die Kosten pro Teil jedoch erheblich, da die Matrize zur Herstellung mehrerer Teile verwendet werden kann.

Wenn Sie also planen, eine große Anzahl von Prototypen oder Endverbrauchsteilen herzustellen, kann Druckguss auf lange Sicht eine kostengünstigere Option sein.

6. Oberflächenbeschaffenheit

CNC-Rapid-Prototyping

Durch CNC-Rapid-Prototyping kann ein breites Spektrum an Oberflächenveredelungen erzielt werden. Die Oberflächenbeschaffenheit hängt von den verwendeten Schneidwerkzeugen, den Bearbeitungsparametern und den Nachbearbeitungsvorgängen ab. Durch die Verwendung von Schneidwerkzeugen mit feiner Teilung und geeigneten Bearbeitungsgeschwindigkeiten und Vorschüben kann eine glatte Oberflächenbeschaffenheit erzielt werden.

Nachbearbeitungsvorgänge wie Schleifen, Polieren und Eloxieren können die Oberflächenqualität weiter verbessern. Dadurch können Designer Prototypen mit einem hochwertigen Erscheinungsbild erstellen, was für die Produktpräsentation und Markttests wichtig ist.

Druckguss für Prototyping

Die Oberflächenbeschaffenheit von Druckgussteilen ist im Allgemeinen rauer als die von CNC-bearbeiteten Teilen. Dies liegt daran, dass das geschmolzene Metall während des Gießvorgangs Oberflächenfehler wie Porosität und Grate verursachen kann. Allerdings können Nachbearbeitungsvorgänge wie Strahlen, Schleifen und Plattieren zur Verbesserung der Oberflächenbeschaffenheit eingesetzt werden.

Die Wahl der Oberflächenbeschaffenheit hängt auch von der Oberflächenqualität des Stempels ab. Eine gut verarbeitete Matrize kann Teile mit einem besseren Oberflächenaussehen produzieren, aber dies erhöht auch die Herstellungskosten der Matrize.

7. Wann Sie die einzelnen Methoden wählen sollten

CNC-Rapid-Prototyping

• Kleinserienproduktion: Wenn Sie nur wenige Prototypen zur Designverifizierung oder Konzeptprüfung benötigen, ist CNC-Rapid-Prototyping eine gute Wahl. Damit können Sie schnell Teile herstellen, ohne dass teure Werkzeuge erforderlich sind.
• Komplexe Geometrien: Wenn der Prototyp komplexe Formen, Hinterschnitte oder feine Details aufweist, kann die CNC-Bearbeitung diese Anforderungen problemlos erfüllen.
• Materialflexibilität: Wenn Sie eine breite Palette von Materialien, einschließlich nichtmetallischer Materialien, verwenden müssen, bietet CNC-Rapid-Prototyping die erforderliche Flexibilität.

Druckguss für Prototyping

• Großserienproduktion: Für die Produktion von Prototypen oder Endverbrauchsteilen in großem Maßstab ist Druckguss auf lange Sicht kostengünstiger. Sobald die Matrize hergestellt ist, kann die Produktion mehrerer Teile schnell und effizient erfolgen.
• Gute mechanische Eigenschaften: Wenn der Prototyp eine hohe Festigkeit und gute mechanische Eigenschaften erfordert, können Druckgussmetalle diese Eigenschaften bieten.
• Gleichbleibende Qualität: Durch Druckguss können Teile mit gleichbleibender Qualität hergestellt werden, was für Anwendungen wichtig ist, bei denen Gleichmäßigkeit erforderlich ist.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass sowohl CNC-Rapid-Prototyping als auch Druckguss für Prototyping ihre eigenen Vor- und Nachteile haben. Als CNC-Rapid-Prototyping-Anbieter weiß ich, wie wichtig es ist, die richtige Methode für Ihr Projekt zu wählen. Wenn Sie noch unsicher sind, welches Verfahren für Ihren Prototypen am besten geeignet ist, kontaktieren Sie uns gerne für ein Beratungsgespräch. Unser Expertenteam kann Ihnen bei der Bewertung Ihrer Anforderungen helfen und Ihnen die am besten geeignete Prototyping-Lösung empfehlen. Ganz gleich, ob Sie einen einzelnen Prototyp oder eine Großserienproduktion benötigen, wir unterstützen Sie während des gesamten Prozesses.

Referenzen

• „Manufacturing Engineering & Technology“ von Serope Kalpakjian und Steven Schmid
• „CNC Machining Handbook“ von Mark Albert
• „Druckgussdesign und -technologie“ von David Crolla