Das Fräsen von Prototypen wird immer wirtschaftlicher

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Ein wesentlicher Grund dafür ist das Spannen der Werkstücke: ein größtenteils manueller und teurer Prozess. Außerdem sind das Erstellen der Werkzeugwege anhand der CAD-Daten, die Werkzeugauswahl und das Laden der G-Codes (Codes zur Positionierung der Fräswerkzeuge) auf die Fräsmaschine kostenintensiv. Dahinter steckt eine weitaus komplexere Aufgabe als das Zerlegen eines 3D-CAD-Modells in Schichten für ein additives Verfahren. Die Automatisierung dieser Schritte erfordert eine enorme Rechenleistung und einige Hunderttausend Codezeilen.

Fixkosten des CNC-Fräsens konnten reduziert werden

Glücklicherweise fand diese Entwicklung bereits statt: im Formenbau. Dort benötigt man die Codes, um Spritzgießformen direkt von 3D-CAD-Modellen zu fräsen. So steht die Rechenleistung bereits am Hauptsitz von Proto Labs, früher Protomold, zur Verfügung – im branchenweit größten Computercluster.

Als man dort erkannt hatte, dass dieselbe Software, die das Fräsen von Formen direkt von 3D-CAD-Modellen automatisiert, an die direkte Bearbeitung von Kunststoffteilen angepasst werden kann, war die Umstellung relativ einfach (Bild 1). Zum direkten Fräsen ist seitdem keine CAM-Software als Verbindungsglied zwischen den Original-CAD-Entwürfen und den CNC-Bearbeitungsmaschinen erforderlich.

Prototypen-Fräsen wird im Vergleich zu generativen Verfahren wettbewerbsfähig

Das hat bei Proto Labs die Einrichtungskosten verringert und die Fixkosten des CNC-Fräsens reduziert. Bezüglich der Gesamtkosten für ein oder mehrere Prototypteile ist das Fräsen im Vergleich zu additiven Verfahren wettbewerbsfähig. Daraufhin wurde von Proto Labs die Dienstleistung „First-Cut-Prototyp- und Kleinserienteile aus Kunststoff“ ins Leben gerufen.

Die Vorteile des automatisierten Fräsens zur Fertigung von Kunststoffprototypen liegen auf der Hand: Es können Prototypen aus monolithischen Kunststoffen hergestellt werden. Die Oberflächen können glatt sein – ohne den Treppeneffekt, der bei additiven Prototyping-Verfahren üblich ist.

Gefräste Kunststoffteile spätestens in drei Tagen fertig

Die Kunststoffteile werden in ein bis drei Werktagen ab Bestellung gefertigt und versendet. Auch die Angebotserstellung erfolgt zügig – über Firstquote, die Online-Angebotssoftware von First Cut, die Angebote für die Produktion von Teilen anhand von hochgeladenen 3D-CAD-Modellen erstellt. Möglich ist das aufgrund des gewaltigen Computerclusters, der auch die Teilefertigung verwaltet.

Das Fräsen auf direkter Basis von 3D-CAD-Entwürfen kann bei 25 unterschiedlichen Kunststofftypen, bei Aluminium- und Messinglegierungen zur Anwendung kommen, wobei die Liste der verfügbaren Werkstoffe immer weiter wächst (Bild 2 – siehe Bildergalerie). So werden im Rahmen der Dienstleistung First Cut derzeit Teile gefräst, die in einen 254 mm × 177 mm × 95 mm großen Umschlag passen. Die von beiden Seiten des Teils fräsbare Maximaltiefe beträgt 50 mm.

Fräsen ermöglicht im Gegensatz zum Spritzgießen wirtschaftliche Kunststoffteile mit dicken Wänden

Das Verfahren ist dabei noch auf das Drei-Achs-Fräsen von sechs Seiten beschränkt. Daher werden zum Beispiel scharfe Innenecken abgerundet. Alle Beschränkungen sind bei der Angebotserstellung hervorgehoben. Für die Aufspannvorrichtungen ist derzeit eine Mindestteilegröße von 6 mm × 6 mm × 6 mm notwendig.

Im Gegensatz zum Spritzgießen ermöglicht das CNC-Fräsen prinzipiell die wirtschaftliche Fertigung von Kunststoffteilen mit dicken Wänden, wobei die Wanddicke nicht mal gleichmäßig sein muss (Bild 3). Allerdings sollten die Wände generell nicht dünner als 0,5 mm sein. In der Regel haben gefräste Kunststoffteile Maßtoleranzen von ±0,1 mm. MM

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