Das Fräsen von Prototypen wird immer wirtschaftlicher

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Bild 1: Zum Fräsen auf Basis von 3D-CAD-Modellen ist keine CAM-Software als Verbindungsglied erforderlich. Vorbild dafür ist der Formenbau. (Bild: Proto Labs)

Der direkte Maschinenzugriff auf 3D-CAD-Modelle steigert die Wirtschaftlichkeit beim Fräsen von Kunststoffteilen. Besonders im Prototypenbau zahlt sich dieser Vorteil aus. So kann das Fräsen von Erstteilen auf CNC-Maschinen nicht mehr nur qualitativ punkten.

Es ist eine Tatsache des modernen Lebens: Je intelligenter Computer werden, umso kostengünstiger werden die Aufgaben, die sie übernehmen. Gleichzeitig bleibt die von hoch qualifiziertem Personal ausgeführte Arbeit relativ teuer.

Mit der Einführung des computergesteuerten Fräsens – zuerst mithilfe von Lochstreifen, später über Digitaltechnik – sind die Kosten für die Herstellung von gefrästen Teilen, die zuvor ausschließlich manuell erfolgte, stark gesunken. Doch selbst nach der Prozessautomatisierung war die Ersteinrichtung für qualifizierte Ingenieure oft mühsam, weil der computergestützte Entwurf (CAD) in eine computergestützte Fertigung (CAM) umgewandelt werden musste.

Waren jedoch die Werkzeugwege erstellt, sodass die Computer die weitere Arbeit übernahmen, konnten die numerisch gesteuerten Maschinen (CNC) die Frästeile zu Dutzenden, Hunderten oder Tausenden auswerfen.

Die wenigen ersten Teile sind oft vernichtend teuer

So wurde die Produktion äußerst kostengünstig, als der automatische Werkzeugwechsel die Bearbeitung komplexer Teile ohne menschliche Eingriffe möglich machte. Die hohen Einrichtungskosten werden dabei heute noch über die Stückzahlen amortisiert. Aufgrund der niedrigen Bearbeitungskosten lassen sie sich in der Großserienfertigung schnell wieder ausgleichen.

Jedoch sind dabei die wenigen ersten Teile oft vernichtend teuer, weil die Einrichtung üblicherweise auf Fixkosten berechnet wird. Folglich arbeitet diese leistungsstarke Fertigungstechnik bei Kleinserien nicht besonders kosteneffektiv.

Für den Prototypenbau ist sie daher nicht geeignet – besonders weil für die Herstellung von Prototypen mehrere Entwicklungsschritte für ein und dasselbe Teil notwendig sein können. Besser sieht es dagegen bei Anwendung additiver (generativer) Verfahren aus. Bei diesen Prototyping-Verfahren werden die Teile schicht- oder lagenweise aufgebaut.

Prototypenbau mit generativen Verfahren hat Nachteile

Voraussetzung dafür ist eine Software, die zuvor einen CAD-Entwurf in dünne, virtuelle Schichten zerlegt und die Daten an die Prototyping-Anlage übergeben hat. Dort werden die Scheiben aus Kunststoff reproduziert und in einem additiven Verfahren aufeinander geschichtet.

Das Ergebnis sind dreidimensionale Körper, die jedoch nicht exakt dem Originalentwurf entsprechen. So sind Werkstoffe und Verfahren im Vergleich zur Serienfertigung in der Regel unterschiedlich. Zwar ist die Wiedergabe der Form annehmbar, doch der schichtweise Aufbau hinterlässt in der Regel „kleine Stufen“ an der Bauteiloberfläche.

Mechanisch belastbare Kunststoffteile durch Spritzgießen oder Fräsen

Außerdem entstehen keine mechanisch so belastbaren Kunststoffteile wie beim Spritzgießen oder Fräsen. Sie eignen sich deshalb nicht für entscheidende Funktionsprüfungen.

Jedoch ist das erste gefertigte Kunststoffteil kostengünstiger als das Erstteil beim CNC-Fräsen. Je mehr Teile gefertigt werden, desto stärker holt das Fräsverfahren auf. Bei einigen wenigen Teilen bleibt der Kostenvorteil additiver Verfahren letztendlich erhalten.