Kann man bei einem Design von Metall auf Kunststoff wechseln, ohne das Werkzeug zu ändern?

Wichtige Überlegungen vor dem Materialwechsel

Der Wechsel von Metall zu Kunststoff in CNC-bearbeiteten Konstruktionen ist möglich, jedoch nicht immer ohne Anpassungen an Werkzeugen oder Spannvorrichtungen machbar. Der grundlegende Unterschied in Steifigkeit, Wärmeausdehnung und Bearbeitungsverhalten zwischen Metallen und Kunststoffen bedeutet, dass Setups, die für die CNC-Metallbearbeitung entwickelt wurden, Kunststoffmaterialien möglicherweise nicht effizient unterstützen. Eine DFM-Analyse sollte vor der Wiederverwendung desselben Setups den Spannungsdruck, die Werkzeugauswahl und die Schnittparameter bewerten.

Maßliche und strukturelle Unterschiede

Metalle wie Aluminium 6061-T6 oder Edelstahl SUS304 sind steif und erlauben hohe Spannkräfte sowie tiefe Schnitte. Kunststoffe wie POM oder Nylon sind weicher und elastischer und verformen sich leicht unter Druck. Wenn dasselbe Werkzeug verwendet wird, können Kunststoffteile Maßungenauigkeiten oder Verformungen aufweisen. Um die Präzision zu gewährleisten, empfiehlt der DFM-Prozess in der Regel, Spannvorrichtungen erneut zu validieren oder weiche Backen zu ersetzen, um die Spannkräfte gleichmäßig zu verteilen.

Werkzeug- und Schnittanpassungen

Werkzeuggeometrie und Schnittgeschwindigkeit unterscheiden sich ebenfalls erheblich. Werkzeuge, die für die Mehrachsen-Metallbearbeitung optimiert sind, verfügen häufig über schärfere Spanwinkel und hitzebeständige Beschichtungen, was bei Kunststoffen zu Schmelzen oder Oberflächenrissen führen kann. Der Wechsel zu spezialisierten Kunststofffräsern mit größerem Spanwinkel und polierten Nuten verbessert die Spanabfuhr und Oberflächenqualität. Vorschubraten und Spindeldrehzahlen werden erhöht, um die Wärmeentwicklung zu reduzieren, während Kühl- oder Luftblas-Systeme angepasst werden, um thermische Verformung zu vermeiden.

Oberflächenfinish und Nachbearbeitungskompatibilität

Oberflächenbehandlungen müssen beim Übergang von Metall zu Kunststoff neu bewertet werden. Beschichtungen wie Eloxieren oder Verchromen, die typischerweise auf Metallen verwendet werden, können nicht auf Polymere aufgebracht werden. Stattdessen werden UV-Beschichtungen, Lackierungen oder Dampfpolieren eingesetzt, um das Erscheinungsbild und die Haltbarkeit zu verbessern. Das Verständnis dieser Unterschiede stellt sicher, dass das bestehende Design neue Oberflächentoleranzen berücksichtigt, ohne die Funktionalität zu beeinträchtigen.

Branchenbeispiele für den Übergang von Metall zu Kunststoff

In der Automobilindustrie und der Konsumgüterindustrie ersetzen Designer häufig Metallhalterungen oder Gehäuse durch Hochleistungskunststoffe wie PEEK oder Polycarbonat, um Gewicht zu reduzieren und das Korrosionsrisiko zu minimieren. In der Medizintechnik bieten nichtmetallische Alternativen Sterilisationssicherheit und Kosteneinsparungen. Diese Umstellungen beinhalten jedoch immer eine Neugestaltung der Spannvorrichtungen und eine Neukalibrierung der Prozesse – selbst wenn dieselbe CNC-Plattform verwendet wird.