Subtraktive Fertigung: Prozesse, Vorteile und wann man sich dafür entscheiden sollte

Sie verstehen jetzt, was das Wort „subtrahieren“ bedeutet. Es bedeutet, etwas abzuziehen oder zu entfernen. Bei der subtraktiven Fertigung wird Material mithilfe verschiedener Werkzeuge und Technologien von einem massiven Block abgetragen, um die gewünschte Form zu erreichen. Dieser Artikel soll die Bedeutung der subtraktiven Fertigung in unserem Leben verdeutlichen und ihren Vorteil gegenüber der additiven Fertigung hervorheben. Sie lernen subtraktive Fertigungstechnologien wie CNC kennen, erfahren mehr über ihre Vorteile und wann Sie sich dafür entscheiden sollten. Beginnen wir also mit einer kurzen Erläuterung der subtraktiven Fertigung.

Was ist subtraktive Fertigung?

Bei der subtraktiven Fertigung wird Material aus einem massiven Block entfernt, um die gewünschten Produkte zu formen. Mithilfe verschiedener Werkzeuge und Maschinen wird das Rohmaterial in praktisch anwendbare Produkte zerlegt. Diese Fertigungsmethode ist das Rückgrat der Automobilindustrie, der Luft- und Raumfahrt und vieler anderer Branchen.

Definition und Kernprinzip

Das Kernprinzip der subtraktiven Fertigung besteht darin, mithilfe von Bohrern, Drehmaschinen oder Lasern usw. Material aus einem massiven Block zu schneiden oder zu entfernen.

Von der manuellen Bearbeitung zur CNC-Evolution

Die präzisen Abmessungen des Werkstücks hatten schon immer oberste Priorität. Dies geschah mit der industriellen Revolution. Die Herstellung von Teilen mit engen Toleranzen für die Luft- und Raumfahrt- sowie die Automobilindustrie wurde immer wichtiger. Manuelle Bearbeitung war dies nicht möglich oder sehr zeitaufwändig. Um diese Probleme zu lösen, wurde die CNC-Maschine (Computer Numerical Control) als modernste Fertigungsmaschine in die Fertigungswelt eingeführt.

Rolle im heutigen digitalen Workflow (CAD → CAM → CNC)

Sie können Ihre Werkstücke nicht direkt auf CNC-Maschinen bearbeiten. Zuerst müssen Sie das Teil in einer CAD-Software entwerfen und es dann mit einer CAM-Software in Werkzeugwege umwandeln. Anschließend können Sie CNC-Maschinen verwenden.

Gängige Arten subtraktiver Fertigungsverfahren

In diesem Abschnitt werden Sie einige gängige subtraktive Fertigungsverfahren studieren.

CNC-Fräsen (3-Achsen bis 5-Achsen)

Für einfache Teilekonstruktionen empfiehlt sich eine 3-Achsen-CNC-Maschine. Für anspruchsvollere Konstruktionen wie Laufräder empfiehlt sich eine 5-Achsen-CNC-Maschine, da diese zusätzlich über rotierende A/B-Achsen verfügt.

CNC-Drehen und Langdrehautomaten

In CNC-Drehen, das zylindrische Werkstück rotiert und Werkzeuge entfernen das Material. Am besten für zylindrische Bauteile, z. B. Wellen.

Du wirst benutzen Schweizer Drehmaschine wenn die Bauteile winzig klein sind, zB Uhrenschrauben.

Die Effizienz hängt von der Bauteilgröße ab. Bei Mikroteilen sind Schweizer Drehmaschinen dreimal schneller als CNC-Drehmaschinen.

Schleifen, Honen & Läppen

Schleifen

Wenn Sie Material zum Formen und Kalibrieren mit einer Schleifscheibe entfernen, spricht man vom Schleifen. Manchmal wird es auch verwendet, um eine gute Oberflächengüte zu erzielen.

Honig

Mit Schleifsteinen wird die Innenseite einer Bohrung oder eines Lochs bearbeitet. Mit diesem Verfahren können Sie die Maßgenauigkeit und die Oberflächengüte verbessern.

Läppen

Nehmen Sie eine Läppscheibe und ein Werkstück, geben Sie Schleifmittel zwischen die Flächen und reiben Sie. Sie erhalten eine spiegelglatte Oberfläche.

Durch Honen wird die glatteste Oberflächenbeschaffenheit erzielt.

Bearbeitung elektrischer Entladungen

Wenn ein elektrisierter Draht das Material durchschneidet, nennt man das EDM-Draht, und wenn man eine Elektrode verwendet, um die Hohlräume zu formen, nennt man das EDM-Spüle.

Wasserstrahl- und Faserlaserschneiden

Faserlaserschneiden

Ein fokussierter Laserstrahl schmilzt, verbrennt oder verdampft das Zielmaterial. Er eignet sich für komplexe Formen und enge Toleranzen.

Wasserstrahlschneiden

Wenn Sie zum Schneiden von Material einen unter hohem Druck stehenden Wasserstrahl verwenden, der manchmal mit Schleifpartikeln vermischt ist, spricht man von Wasserstrahlschneiden.

Schnellvergleichstabelle

Die folgende Vergleichstabelle zeigt die Unterschiede der subtraktiven Fertigungsverfahren.

Demo zur subtraktiven Fertigung

Unterstützte Materialien der subtraktiven Fertigung

Subtraktive Fertigung, wie beispielsweise der Einsatz von CNC-Maschinen, ermöglicht die Herstellung einer Vielzahl von Materialien, um diese in reale, anwendbare Teile umzuwandeln. Im Gegensatz dazu hat die additive Fertigung Probleme mit der thermischen Stabilität und Festigkeit von Materialien.

Metallwerkstoffarten

Dieser Abschnitt stellt einige gängige Materialien vor, die zur Herstellung geeigneter Teile durch subtraktive Fertigung verwendet werden. CNC-Maschinen und andere subtraktive Fertigungsverfahren können viele Materialien wie Metalle, Kunststoffe und Verbundwerkstoffe bearbeiten. Dies sind einige gängige Metalle, die in der subtraktiven Fertigung häufig verwendet werden:

Subtraktive Fertigung von Aluminium

Die gängigsten Aluminiumlegierungen sind 7075-T6, 7075 und 2024. Mit subtraktiver Fertigung können Sie Teile für die Luft- und Raumfahrt, wie etwa Flügelrippen, und Autoteile, wie etwa Motorblöcke, herstellen.

Subtraktive Fertigung Titan

Grade 2 (CP), Grade 5 (Ti-6Al-4V) und Grade 23 (medizinisch) sind die am häufigsten verwendeten Titan-Güten in der subtraktiven Fertigung. Sie können sie für Fahrwerke, Implantate und vieles mehr verwenden.

Subtraktive Fertigung Inconel

Inconel ist eine Nickellegierung. Die in der subtraktiven Fertigung üblichen Güten sind 718, 625 und 738. Inconel verfügt über hervorragende mechanische Eigenschaften und wird deshalb sogar in Kernreaktoren eingesetzt. Es wird zur Herstellung von Turbinenscheiben und Bohrlochwerkzeugen für die Luft- und Raumfahrt sowie die Öl- und Gasindustrie verwendet.

Subtraktiver Fertigungsstahl

Das am häufigsten verwendete Material in der subtraktiven Fertigung. Von Weichstahl bis zu legiertem Stahl wird es in verschiedenen Anwendungen eingesetzt, beispielsweise wird Weichstahl für Rahmen verwendet, Edelstahl für Lebensmittelgeräte und Werkzeugstahl für Formen und Schneidwerkzeuge usw.

Nichtmetallische Materialien

Wie bereits erwähnt, können Sie mit subtraktiven Fertigungsverfahren wie CNC-Maschinen eine größere Materialvielfalt erzielen. Dies sind die nichtmetallischen Werkstoffe, die für die subtraktive Fertigung verwendet werden.

Technische Kunststoffe

Technische Kunststoffe sind speziell für kritische Anwendungen entwickelte Materialien. Polyoxymethylen (POM) ist ein Beispiel für technische Kunststoffe. Es wird in Zahnrädern, Lagern und medizinischen Geräten eingesetzt. Weitere technische Kunststoffe sind beispielsweise Nylon und PEEK.

Kohlenstofffaserverbundwerkstoffe

Es ist eines der am schwierigsten zu bearbeitenden Materialien, doch subtraktive Fertigung oder CNC-Maschinen erledigen diese Aufgabe problemlos. Es wird in der Luft- und Raumfahrt, bei Automobilkomponenten und in der Sportindustrie eingesetzt.

TOP3 Schwer zu bearbeitende Legierungen

In diesem Abschnitt lernen Sie die drei wichtigsten Materialien kennen, die als „schwer zu bearbeitende“ Materialien gelten.

• Inconel 718 CNC

Die Bearbeitung ist schwierig, da es sofort kaltverfestigt. CNC-Maschinen erledigen diese Aufgabe jedoch problemlos. Es handelt sich um Komponenten von Düsentriebwerken und hochbelastete Nuklearanwendungen.

• Ti-6Al-4V CNC

Die Bearbeitung ist aufgrund der schlechten Wärmeleitfähigkeit schwierig, was zu einer Wärmekonzentration führt. Es wird in Flugzeugbeschlägen und medizinischen Implantaten verwendet.

• Gehärteter Werkzeugstahl (≥ 55 HRC)

Es handelt sich um ein sehr hartes Material, da abrasives Hartmetall Hartmetallwerkzeuge schnell abnutzt. Es wird in Spritzgussformen und Stanzformen verwendet.

Toleranzen, Oberflächenbeschaffenheit und Maßgenauigkeit

Der Hauptgrund für unsere subtraktive Fertigung ist die im Vergleich zu konventionellen Fertigungsverfahren höhere Toleranz, Oberflächengüte und Maßgenauigkeit. Diese Eigenschaften erhöhen die Lebensdauer eines Teils und erhöhen die Erfolgsquote bei der Anwendung. Weitere Daten werden in diesem Abschnitt erläutert:

Typische Toleranzbänder nach Prozess

Die subtraktive Fertigung umfasst viele Prozesse, wie z. B. CNC-Bearbeitung, Schleifen, Drehen usw. Wir besprechen die durch jeden Prozess erreichte Toleranz:

Diese Werte stellen die Standardfähigkeit jedes Prozesses dar, diese Toleranz zu erreichen.

Oberflächenrauheitsmetriken (Ra, Rz)

Die Oberflächenrauheit ist für jede Anwendung eine wichtige Eigenschaft. Raue Oberflächen führen zu Ermüdungsbrüchen und beeinträchtigen die Haftung von Beschichtungen.

Durch das Schleifen wird ein Höchstmaß an Glätte, also eine spiegelglatte Oberflächenbeschaffenheit erreicht.

Qualitätskontrolle: In-Prozess-Messung und Koordinatenmessgerät

Prozessbegleitendes Messen und Koordinatenmessgeräte (KMG) sind die beiden fortschrittlichsten Funktionen der subtraktiven Bearbeitung. Sie gewährleisten Genauigkeit und ermöglichen eine Qualitätskontrolle bei der Bearbeitung.

Durch die prozessbegleitende Prüfung wird eine Echtzeitüberprüfung während der Bearbeitung ermöglicht, wodurch die Ausschussrate um 40 % reduziert wird.

CMM ist der Goldstandard für die Nachbearbeitungsprüfung. Es verfügt über eine Auflösung im Mikrobereich und ermöglicht die 3D-Oberflächenabbildung komplexer Geometrien.

Wichtige Abfallströme und wie man sie reduziert

Subtraktive Fertigungsverfahren haben einen großen Nachteil, der sich jedoch bewältigen lässt: Es entstehen Abfallströme. Dank der Fortschritte ist es heute möglich, diese Abfallströme zu reduzieren oder zu recyceln.

Metallspänerückgewinnung und Schrottwert

Metallspäne, die bei der Bearbeitung entstehen, sind heute wichtig, da sie verkauft und so Einnahmen erzielt werden können. Beispielsweise werden Aluminiumspäne aufgrund der hohen Recyclingnachfrage für 1.50 bis 2.50 US-Dollar pro Kilogramm verkauft.

Kühlmittelverwendung, -filtration und -entsorgung

Kühlmittel werden häufig vorzeitig entsorgt, obwohl sie problemlos noch 3 Monate haltbar sind. Filtersysteme können die Lebensdauer von Rohöl zusätzlich verlängern. Verschmutzte Kühlmittel können Werkzeuge beeinträchtigen und müssen daher schnell entsorgt werden.

Energieverbrauch und CO2-Fußabdruck

Um die Energiekosten zu senken, müssen Sie wissen, wo Strom verbraucht wird. Beispielsweise verbraucht eine Spindel 60 % der gesamten Energie. Um Energieverbrauch und COXNUMX-Fußabdruck zu reduzieren, sollten Sie hocheffiziente Werkzeuge verwenden und große Bearbeitungsvorgänge nachts durchführen, da die Strompreise dann günstiger sind. Sie können auch Solarmodule nutzen.

Vorteile und Grenzen der subtraktiven Fertigung

Dieser Abschnitt bietet Einblicke in die Vor- und Nachteile der Verwendung subtraktiver Fertigung, d. h. CNC-Maschinen.

1. Einrichtung und Vorrichtung

• Vorteile

1. Ein guter Aufbau und eine gute Vorrichtung können wiederholt verwendet werden
2. Ausrichtung der hohen Präzision
3. Modulare Vorrichtungen ermöglichen schnelle Umrüstungen

• Einschränkungen

1. Hohe Anschaffungskosten
2. Wenn Ihre Teile groß sind oder ungewöhnliche Formen haben, benötigen Sie Original, teure Armaturen

2. Entfernung von Schüttgut

• Vorteile

1. 10-mal geringerer Materialabtrag als bei der additiven Fertigung
2. Auch harte Materialien gut bearbeiten
3. 20–30 % weniger Abfallproduktion

• Einschränkungen

Hoher Stromverbrauch

3. Beenden Sie die Bearbeitung

• Vorteile

1. Hervorragende Oberflächengüte, d. h. Ra 0.4 µm
2. Sie erreichen ±01mm
3. Oftmals ist keine Nachbearbeitung erforderlich

• Einschränkungen

Es kann zu Werkzeugverschleiß und einer langsameren Bearbeitungsgeschwindigkeit beim Schlichten kommen

4. Nachbearbeitung

• Vorteile

Kein Sintern nach der CNC-Bearbeitung erforderlich

CNC-bearbeitete Teile sind leicht zu prüfen

• Einschränkungen

1. Bei scharfen Kanten kann ein Entgraten erforderlich sein
2. Höheres Stressrisiko

Wann ist die subtraktive Fertigung sinnvoll?

• Enge Toleranzen unter ±025 mm
• Metalle oder gefüllte Kunststoffe, die der 3D-Druck nicht erreichen kann
• Kosmetische Oberflächen Ra ≤ 4 µm außerhalb der Maschine
• Niedrige bis mittlere Produktionsmengen, die Wiederholbarkeit erfordern
• Volldichte Teile für hohe Strukturbelastungen
• Einfache Werkzeug-Reach-Geometrie ohne tiefe innere Hohlräume

Industrielle Präzisions-Subtraktive Fertigung: TUOFA Präzisions-CNC-Bearbeitung

TUOFA ist ein chinesisches Unternehmen mit langjähriger Erfahrung in der Präzisions-CNC-Bearbeitung. Wir bieten Ihnen CNC-Bearbeitung zu besten Preisen und mit schneller Lieferung. Hier sind die Gründe, warum Sie sich für die Bearbeitung Ihrer Teile an TUOFA wenden sollten.

±0.02 mm Präzisionsbearbeitung

±0.02 mm steht für die sehr enge Toleranz, die in der Automobil-, Luftfahrt- und Medizinindustrie verwendet wird. TUOFA ist jedoch auf die Erreichung ultrahoher Toleranzen spezialisiert.

Bearbeitung auf Anfrage

• Schnelle Lieferraten für Prototypen und andere Teile
• Auch für Kleinserien sind wir Ihr Ansprechpartner

Verschiedene Materialauswahl

Mit unserer Präzisions-CNC-Bearbeitung können wir eine Vielzahl von Materialien bearbeiten. Wir können Metalle (Al, Ti, Stahllegierungen, Inconel), Kunststoffe und Verbundwerkstoffe bearbeiten.

lSO9001-Zertifikat

Wir befolgen strikt die ISO 9001 Standard zur Qualitätssicherung. Wir befolgen auch IATF 16949 für Automobilkomponenten.

Fazit

Wir kommen zu dem Schluss, dass die subtraktive Fertigung das Rückgrat der Innovation bildet. CNC-Maschinen werden immer intelligenter und schneller. KI wird bald in der Lage sein, Werkzeugwege automatisch zu optimieren. Diese Funktion wird für die 24/7-Produktion hilfreich sein und eine noch schnellere Produktion ermöglichen. Additive Fertigung ist eine aufstrebende Technologie, aber CNC-Maschinen spielen bei hochfesten Metallteilen nach wie vor eine große Rolle.

FAQs zur subtraktiven Fertigung

Mit welchem ​​Verfahren lassen sich die engsten Toleranzen erreichen?

Durch Schleifen können extrem enge Toleranzen erreicht werden, z. B. ±0.002 mm.

Können Verbundwerkstoffe mit subtraktiven Methoden bearbeitet werden?

Ja, CNC-Maschinen können Verbundwerkstoffe dank erweiterter Funktionen problemlos bearbeiten.

Warum CNC statt 3D-Druck für Metallteile wählen?

Weil Sie mit CNC-Maschinen im Vergleich zum 3D-Druck eine höhere Festigkeit und Oberflächengüte erzielen.