CNC-Bearbeitung vs. 3D-Druck für die schnelle Prototypenerstellung

Entwicklung von Prototypen für Testzwecke

Grundlegender Prozess der Prototypenentwicklung

Die schnelle Prototypenentwicklung umfasst hauptsächlich Prototypen aus nichtmetallischen und metallischen Werkstoffen. Diese Teile werden anstelle von Serienteilen verwendet, um Struktur, Funktion, Optik und andere Anforderungen zu überprüfen.

Die Prototypenfertigung hat keinen festen Platz im Projektentwicklungsplan und wird häufig an den tatsächlichen Testbedarf angepasst. Da sich die Entwicklungszyklen immer weiter verkürzen, werden auch die Anforderungen an die Vorlaufzeiten für Prototypen immer knapper. Dies hat zur Einführung von Technologien wie dem 3D-Druck und dem Rapid Tooling geführt, um den Anforderungen des Rapid Prototyping gerecht zu werden. Zu den derzeitigen Verfahren für nichtmetallische Prototypen zählen vor allem das Hochgeschwindigkeitsfräsen und -gravieren sowie der 3D-Druck. Gängige Verfahren für schnelle Metallprototypen sind die CNC-Bearbeitung, die Laser-Pulverbettfusion und das Pressen mit Weichwerkzeugen. Die Wahl des Verfahrens und des Materials hängt von der Bauteilstruktur, dem Verwendungszweck und den Einsatzbedingungen ab.

CNC-Verfahrensablauf für Rapid Prototyping

Die CNC-Bearbeitung ist derzeit eines der am häufigsten eingesetzten Verfahren in der Prototypenfertigung. Der typische Ablauf umfasst die Prüfung des Bauteils, die Prozessanalyse, die Prozessplanung, die NC-Programmierung, die Programmübertragung sowie das CNC-Fräsen und -Gravieren.

Hochgeschwindigkeits-Fräsen und -Gravieren mit CNC für nichtmetallische Prototypen

Das Hochgeschwindigkeitsfräsen und -gravieren nach dem CNC-Verfahren für nichtmetallische Prototypen wird hauptsächlich für große Prototypenteile aus Kunststoff und transparente Acrylmaterialien eingesetzt. So können beispielsweise vordere und hintere Stoßfänger, Armaturenbretter und Türverkleidungen in Abschnitten bearbeitet und anschließend verklebt und oberflächenveredelt werden. Diese Teile können bei der Entwicklung neuer Fahrzeuge für die Begutachtung des Erscheinungsbilds, die Montagevalidierung und andere Tests verwendet werden.

Verfahrensauswahl für schnelle Metallprototypen

Die CNC-Bearbeitung von Metall ähnelt dem Hochgeschwindigkeitsfräsen und -gravieren mit CNC für nichtmetallische Prototypen, doch Metallprototypen müssen in der Regel als ein Stück bearbeitet werden, sodass das CAD-Modell nicht in Abschnitte unterteilt werden muss. Allerdings erfordern sie die Konstruktion von Vorrichtungen zum Neupositionieren und Nachspannen. Da Metalle und nichtmetallische Werkstoffe unterschiedliche Härtegrade aufweisen, unterscheiden sich auch ihre Programmierparameter erheblich. Ohne eine Aufteilung des Modells in der frühen Phase sind späteres Verkleben und Nachbearbeiten in der Regel nicht erforderlich; es sind lediglich Arbeitsschritte wie das Gewindeschneiden von Gewindebohrungen notwendig. Die Bearbeitung von Bauteilen wie Achsschenkeln, Aufhängungshalterungen und Metallstanzwerkzeugen kann die Anforderungen an die Montagevalidierung während der Neufahrzeugentwicklung erfüllen.

Der komplementäre Nutzen des 3D-Drucks und anderer Rapid-Fertigungsverfahren

Die CNC-Bearbeitung ist ein subtraktives Fertigungsverfahren, während der 3D-Druck ein additives Fertigungsverfahren ist. Beim CNC-Fräsen und -Gravieren wird eine große Menge an überschüssigem Material abgetragen, während der 3D-Druck direkt anhand eines digitalen Modells programmiert werden kann und ein physisches Bauteil erzeugt. Er bietet daher eine hohe Materialausnutzung. Je nach zugrunde liegendem Prinzip umfassen 3D-Druckverfahren die Stereolithografie (SLA), das Fused-Deposition-Modeling (FDM), die digitale Lichtverarbeitung (DLP) und die Metall-Laser-Pulverbettfusion. Ihr typischer Prozess umfasst die Datenaufbereitung, die Teilefertigung und die Nachbearbeitung. Im Vergleich zur CNC-Bearbeitung ist die Prozesskette kürzer und erfordert in der Regel weniger Vorbereitungs- und Nachbearbeitungszeit.

Weichwerkzeug-Stanzen für Prototypen

Das Stanzen mit Weichwerkzeugen wird häufig zur Herstellung von Fahrzeugprototypen eingesetzt. Diese Teile erfordern in der Regel keine hohe Zugfestigkeit, unterliegen jedoch strengen Anforderungen hinsichtlich Vorlaufzeit und Kosten. Bei der Werkzeugkonstruktion liegt der Schwerpunkt daher eher auf der Umformung als auf der Zugfestigkeit, und ein Niederhalter wird in der Regel nicht vorgesehen. Nach der Umformung können Laser-Schneidanlagen direkt zum Stanzen von Löchern und zum Besäumen des Teils eingesetzt werden.