Auswahl des richtigen CNC-Materials

Die CNC-Bearbeitung kann Teile aus fast jedem Metall oder Kunststoff herstellen. Aus diesem Grund steht eine große Auswahl an Materialien für Teile zur Verfügung, die durch CNC-Fräsen und -Drehen hergestellt werden. Die Auswahl des richtigen für Ihre Anwendung kann eine ziemliche Herausforderung sein, und das Verständnis der Vorteile und besten Verwendungsmöglichkeiten jedes verfügbaren Materials kann entscheidend sein.

In diesem Artikel vergleichen wir die gängigsten CNC-Materialien in Bezug auf mechanische und thermische Eigenschaften, Kosten und typische (und optimale) Anwendungen.

Wie wählen Sie die richtigen CNC-Materialien aus?

Wenn Sie ein Teil für die CNC-Bearbeitung entwerfen, ist die Auswahl der richtigen Materialien von entscheidender Bedeutung. Hier sind die grundlegenden Schritte, die wir empfehlen, um die richtigen Materialien für Ihre benutzerdefinierten Teile auszuwählen.

• Definieren Sie die Materialanforderungen:Diese können mechanische, thermische oder andere Materialanforderungen sowie Kosten und Oberflächenbeschaffenheit umfassen. Überlegen Sie, wie Sie Ihre Teile verwenden und in welcher Umgebung sie eingesetzt werden. 

• Identifizieren Sie Kandidatenmaterialien:Legen Sie einige Kandidatenmaterialien fest, die alle (oder die meisten) Ihrer Designanforderungen erfüllen.

• Wählen Sie das am besten geeignete Material aus:Hier ist normalerweise ein Kompromiss zwischen zwei oder mehr Designanforderungen erforderlich (z. B. mechanische Leistung und Kosten).

In diesem Artikel konzentrieren wir uns auf Schritt zwei. Anhand der unten aufgeführten Informationen können Sie die für Ihre Anwendung am besten geeigneten Materialien ermitteln und gleichzeitig Ihr Projektbudget einhalten.

Was sind die Richtlinien von Hubs für die Auswahl von Materialien für CNC?

In den folgenden Tabellen fassen wir die relevanten Eigenschaften der gängigsten CNC-Materialien zusammen, die wir anhand der von den Materialherstellern bereitgestellten Datenblätter gesammelt haben. Wir teilen Metalle und Kunststoffe in zwei verschiedene Kategorien ein.

Metalle werden hauptsächlich in Anwendungen eingesetzt, die eine hohe Festigkeit, Härte und Wärmebeständigkeit erfordern. Kunststoffe sind leichte Materialien mit einer Vielzahl physikalischer Eigenschaften, die häufig wegen ihrer chemischen Beständigkeit und elektrischen Isolierfähigkeit verwendet werden.

Bei unserem Vergleich von CNC-Materialien konzentrieren wir uns auf die mechanische Festigkeit (ausgedrückt als Streckgrenze), Bearbeitbarkeit (die Leichtigkeit der Bearbeitung wirkt sich auf die CNC-Preisgestaltung aus), Kosten, Härte (hauptsächlich für Metalle) und Temperaturbeständigkeit (hauptsächlich für Kunststoffe).

Hier ist eine Infografik, die Sie als Schnellreferenz verwenden können zur schnellen Identifizierung von CNC-Materialien, die spezifischen technischen Anforderungen entsprechen:

Material	Note	Stärke*	Härte+	Bearbeitbarkeit	Kosten	Typische Anwendungen
Aluminium	6061	Mittel	Mittel	★★★★★	$	Allgemeine Zwecke Flugzeugkomponenten Autoteile Fahrradrahmen Lebensmittelbehälter
	6082	Mittel	Mittel	★★★★★	$	Allgemeine Kfz-Teile Lebensmittelbehälter
	7075	Hoch	Mittel	★★★★	$$$	Flugzeug- und Luft- und Raumfahrtkomponenten Automobilteile Marineanwendungen Sportausrüstung
	5083	Mittel	Niedrig	★★★★★	$$	Marineanwendungen Konstruktion Druckbehälter
Edelstahl	304	Hoch	Mittel	★★	$$$	Allgemeine medizinische Geräte Lebensmittelindustrie Meeresanwendungen Chemische Verarbeitung
	316	Hoch	Mittel	★★	$$$$	Geräte für die Lebensmittelzubereitung Meeresanwendungen Architektur Chirurgische Implantate Chemikalienbehälter
	2205 Duplex	Hoch	Hoch	★	$$$$$	Öl &Gas Marineanwendungen Chemische Verarbeitung Wärmetauscher
	303	Hoch	Hoch	★★★	$$$$	Flugzeugkomponenten Maschinenteile Muttern, Bolzen, Zahnräder, Buchsen
	17-4	Hoch	Sehr hoch	★★	$$$$$	Turbinenblätter Marineanwendungen Chemieschiffe Öl &Gas Nukleare Anwendungen
Baustahl	1018	Mittel	Mittel	★★★	$$	Allgemeine Maschinenteile Vorrichtungen und Vorrichtungen
	1045	Mittel	Hoch	★★	$$$	Allgemeine Maschinenteile
	A36	Hoch	Mittel	★★★	$$	Baumaschinenteile Vorrichtungen und Vorrichtungen
Legierter Stahl	4140	Mittel	Hoch	★★	$$$	Werkzeuge für allgemeine Maschinenteile
	4340	Hoch	Hoch	★★	$$$	Kraftübertragungswerkzeuge für Flugzeugfahrwerke
Werkzeugstahl	D2	Hoch	Sehr hoch	★	$$$$	Kaltbearbeitungswerkzeuge Matrizen &Stempel Schneidwerkzeuge &Messer
	A2	Hoch	Sehr hoch	★	$$$$	Kaltbearbeitungswerkzeuge Matrizen &Stempel Schneidwerkzeuge &Messer
	O1	Hoch	Sehr hoch	★	$$$$	Kaltbearbeitungswerkzeuge Matrizen &Stempel
Messing	C36000	Mittel	Mittel	★★★★★	$$	Mechanische Teile Ventile &Düsen Architektur

• :Zugfestigkeit – Mittel:200–400 MPa, Hoch:400–600 MPa
  
• :Härte – Mittel:50–90 HRB, Hoch:90 HRB – 50 HRC, Sehr hoch:über 50 HRC
  

Material	Stärke*	Betriebstemperatur+	Bearbeitbarkeit	Kosten	Typische Anwendungen
ABS	Mittel	Bis zu 60oC	★★★	$$	Automotive Elektronikgehäuse Rohre &Armaturen Verbraucherprodukte
Nylon	Hoch	Bis zu 100oC	★	$$	Automobilteile Mechanische Teile Verbindungselemente
Polycarbonat (PC)	Hoch	Bis zu 120oC	★★	$$	Architektur Automotive Elektronikgehäuse Lebensmittelbehälter
POM (Delrin)	Mittel	Bis zu 82oC	★★★★	$$	Mechanische Teile Elektronische Gehäuse Buchsen &Fittings
PTFE (Teflon)	Niedrig	Bis zu 260oC	★★★★	$$	Hochtemperaturanwendungen Chemische Verarbeitung Elektronikgehäuse Lebensmittelverarbeitung
HDPE	Niedrig	Bis zu 80oC	★	$$	Chemische Behälter Rohre &Fittings Konsumgüter
PEEK	Hoch	Bis zu 260oC	★★	$$$$	Medizinische Anwendungen Chemische Verarbeitung Lebensmittelverarbeitung Hochdruckventile

• :Zugfestigkeit – niedrig:5–30 MPa, mittel:30–60 MPa, hoch:60–100 MPa
  
• :Empfohlene maximale Betriebstemperatur für Dauereinsatz
  

Was ist Aluminium? Die robuste, wirtschaftliche Legierung

Aluminiumlegierungen haben ein ausgezeichnetes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht, eine hohe thermische und elektrische Leitfähigkeit und einen natürlichen Korrosionsschutz. Sie sind einfach zu bearbeiten und kosteneffizient in großen Mengen, was sie oft zur wirtschaftlichsten Option für die Herstellung von Prototypen und anderen Arten von Teilen macht.

Aluminiumlegierungen haben zwar typischerweise eine geringere Festigkeit und Härte als Stähle, können aber eloxiert werden, wodurch eine harte Schutzschicht auf ihrer Oberfläche entsteht.

Lassen Sie uns die verschiedenen Arten von Aluminiumlegierungen aufschlüsseln.

• Aluminium 6061 ist die gebräuchlichste Aluminiumlegierung für den allgemeinen Gebrauch mit einem guten Festigkeits-Gewichts-Verhältnis und ausgezeichneter Bearbeitbarkeit.

• Aluminium 6082 hat eine ähnliche Zusammensetzung und Materialeigenschaften wie 6061. Es wird häufiger in Europa verwendet (da es den britischen Standards entspricht).

• Aluminium 7075 ist die am häufigsten verwendete Legierung in Luft- und Raumfahrtanwendungen, bei denen es auf eine Gewichtsreduzierung ankommt. Es hat hervorragende Ermüdungseigenschaften und kann auf hohe Festigkeit und Härte wärmebehandelt werden, wodurch es mit Stählen vergleichbar ist.

• Aluminium 5083 hat eine höhere Festigkeit als die meisten anderen Aluminiumlegierungen und eine außergewöhnliche Beständigkeit gegen Meerwasser. Dies macht es optimal für Bau- und Marineanwendungen. Es ist auch eine ausgezeichnete Wahl zum Schweißen.
  

Materialeigenschaften:

• Typische Dichte von Aluminiumlegierungen:2,65-2,80 g/cm3

• Kann eloxiert werden

• Nicht magnetisch

Was ist Edelstahl? Die starke, langlebige Legierung

Edelstahllegierungen haben eine hohe Festigkeit, eine hohe Duktilität, eine hervorragende Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit und können leicht geschweißt, bearbeitet und poliert werden. Abhängig von ihrer Zusammensetzung können sie entweder (im Wesentlichen) unmagnetisch oder magnetisch sein.

Lassen Sie uns die Arten von Edelstahl aufschlüsseln, die wir auf der Plattform anbieten.

• Edelstahl 304 ist die gebräuchlichste Edelstahllegierung. Es hat hervorragende mechanische Eigenschaften und eine gute Bearbeitbarkeit. Es ist beständig gegen die meisten Umgebungsbedingungen und korrosiven Medien.

• Edelstahl 316 ist eine weitere gängige Edelstahllegierung mit ähnlichen mechanischen Eigenschaften wie 304. Er hat jedoch eine höhere Korrosions- und Chemikalienbeständigkeit, insbesondere gegenüber Salzlösungen (z. B. Meerwasser), sodass er häufig besser für rauere Umgebungen geeignet ist.

• Edelstahl 2205 Duplex hat die höchste Festigkeit (doppelt so hoch wie herkömmliche Edelstahllegierungen) und eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit. Es wird in extremen Umgebungen eingesetzt, mit vielen Anwendungen in der Öl- und Gasindustrie.

• Edelstahl 303 hat eine hervorragende Zähigkeit, aber eine geringere Korrosionsbeständigkeit im Vergleich zu 304. Aufgrund seiner hervorragenden Bearbeitbarkeit wird er häufig in Massenanwendungen verwendet, z. B. bei der Herstellung von Schrauben und Muttern für die Luft- und Raumfahrt.

• Rostfreier Stahl 17-4 (SAE-Güte 630) hat vergleichbare mechanische Eigenschaften wie 304. Er kann zu einem sehr hohen Grad ausscheidungsgehärtet werden (vergleichbar mit Werkzeugstählen) und hat eine ausgezeichnete chemische Beständigkeit, wodurch er für sehr leistungsstarke Anwendungen geeignet ist, wie z B. zur Herstellung von Rotorblättern für Windkraftanlagen.

Materialeigenschaften:

• Typische Dichte:7,7-8,0 g/cm3

• Nicht magnetische Edelstahllegierungen:304, 316, 303

• Magnetische Edelstahllegierungen:2205 Duplex, 17-4

Was ist Weichstahl? Die Allzwecklegierung

Weichstähle sind auch als kohlenstoffarme Stähle bekannt und haben gute mechanische Eigenschaften, gute Bearbeitbarkeit und gute Schweißbarkeit. Da sie relativ kostengünstig sind, verwenden Hersteller sie für viele allgemeine Anwendungen wie Vorrichtungen und Vorrichtungen. Weichstähle sind anfällig für Korrosion und chemische Schäden.

Lassen Sie uns die auf der Plattform verfügbaren Arten von Weichstählen aufschlüsseln.

• Weichstahl 1018 ist eine allgemein verwendbare Legierung mit guter Bearbeitbarkeit und Schweißbarkeit und ausgezeichneter Zähigkeit, Festigkeit und Härte. Es ist die am häufigsten verwendete Weichstahllegierung.

• Weichstahl 1045 ist ein Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt und guter Schweißbarkeit, guter Bearbeitbarkeit sowie hoher Festigkeit und Schlagfestigkeit.

• Baustahl A36 ist ein gängiger Baustahl mit guter Schweißbarkeit. Es eignet sich für eine Vielzahl von Industrie- und Bauanwendungen.

Materialeigenschaften:

• Typische Dichte:7,8-7,9 g/cm3

• Magnetisch

Was ist legierter Stahl? Die zähere, verschleißfeste Legierung

Legierte Stähle enthalten neben Kohlenstoff weitere Legierungselemente, was zu einer verbesserten Härte, Zähigkeit, Ermüdung und Verschleißfestigkeit führt. Ähnlich wie Weichstähle sind legierte Stähle anfällig für Korrosion und Angriffe durch Chemikalien

• Legierter Stahl 4140 hat insgesamt gute mechanische Eigenschaften mit guter Festigkeit und Zähigkeit. Diese Legierung ist für viele industrielle Anwendungen geeignet, wird jedoch nicht zum Schweißen empfohlen.

• Legierter Stahl 4340 kann auf ein hohes Maß an Festigkeit und Härte wärmebehandelt werden, während seine gute Zähigkeit, Verschleißfestigkeit und Dauerfestigkeit erhalten bleiben. Diese Legierung ist schweißbar.

Materialeigenschaften:

• Typische Dichte:7,8-7,9 g/cm3

• Magnetisch

Was ist Werkzeugstahl? Die außergewöhnlich zähe und widerstandsfähige Legierung

Werkzeugstähle sind Metalllegierungen mit außergewöhnlich hoher Härte, Steifigkeit, Abriebfestigkeit und Wärmebeständigkeit, sofern sie einer Wärmebehandlung unterzogen werden. Sie werden verwendet, um Fertigungswerkzeuge (daher der Name) wie Matrizen, Stempel und Formen herzustellen.

Lassen Sie uns die Werkzeugstähle aufschlüsseln, die wir bei Hubs anbieten.

• Der Werkzeugstahl D2 ist eine verschleißfeste Legierung, die ihre Härte bis zu einer Temperatur von 425 °C behält. Es wird üblicherweise zur Herstellung von Schneidwerkzeugen und Matrizen verwendet.

• Werkzeugstahl A2 ist ein luftgehärteter Allzweck-Werkzeugstahl mit guter Zähigkeit und ausgezeichneter Maßhaltigkeit bei erhöhten Temperaturen. Es wird häufig zur Herstellung von Spritzgusswerkzeugen verwendet.

• Werkzeugstahl O1 ist eine ölgehärtete Legierung mit einer hohen Härte von 65 HRC. Es wird häufig für Messer und Schneidwerkzeuge verwendet.
  

Materialeigenschaften:

• Typische Dichte:7,8 g/cm3

• Typische Härte:45-65 HRC

Was ist Messing? Die leitfähige &kosmetische Legierung

Messing ist eine Metalllegierung mit guter Bearbeitbarkeit und ausgezeichneter elektrischer Leitfähigkeit, wodurch es sich ideal für Anwendungen eignet, die eine geringe Reibung erfordern. Sie finden oft kosmetische Messingteile, die für architektonische Zwecke verwendet werden (goldene Details (.

Hier ist das Messing, das wir bei Hubs anbieten.

• Messing C36000 ist ein Material mit hoher Zugfestigkeit und natürlicher Korrosionsbeständigkeit. Es ist eines der am einfachsten zu bearbeitenden Materialien und wird daher häufig für Anwendungen mit hohen Stückzahlen verwendet.

Materialeigenschaften:

• Typische Dichte:8,4-8,7 g/cm3

• Nicht magnetisch

Was ist ABS? Der Prototyping-Thermoplast

ABS ist eines der am häufigsten verwendeten thermoplastischen Materialien mit guten mechanischen Eigenschaften, ausgezeichneter Schlagzähigkeit, hoher Hitzebeständigkeit und guter Bearbeitbarkeit.

ABS hat eine geringe Dichte und ist daher ideal für leichte Anwendungen. CNC-bearbeitete ABS-Teile werden häufig als Prototypen vor der Massenproduktion im Spritzgussverfahren verwendet.

Materialeigenschaften:

• Typische Dichte:1,00-1,05 g/cm3

Was ist Nylon? Der technische Thermoplast

Nylon (auch bekannt als Polyamid (PA)) ist ein Thermoplast, der aufgrund seiner hervorragenden mechanischen Eigenschaften, seiner guten Schlagzähigkeit und seiner hohen Chemikalien- und Abriebfestigkeit häufig für technische Anwendungen verwendet wird. Es ist anfällig für Wasser- und Feuchtigkeitsaufnahme.

Nylon 6 und Nylon 66 sind die Sorten, die am häufigsten in der CNC-Bearbeitung verwendet werden.

Materialeigenschaften:

• Typische Dichte:1,14 g/cm3

Was ist Polycarbonat? Der Thermoplast mit Schlagzähigkeit

Polycarbonat ist ein Thermoplast mit hoher Zähigkeit, guter Bearbeitbarkeit und ausgezeichneter Schlagzähigkeit (besser als ABS). Es ist normalerweise transparent, kann aber in einer Vielzahl von Farben gefärbt werden. Diese Faktoren machen es ideal für eine breite Palette von Anwendungen, einschließlich Fluidtechnik oder Automobilverglasung.

Materialeigenschaften:

• Typische Dichte:1,20-1,22 g/cm3

Was ist POM (Delrin)? Der am besten bearbeitbare CNC-Kunststoff

POM ist allgemein unter dem Handelsnamen Delrin bekannt und ist ein technischer Thermoplast mit der besten Bearbeitbarkeit unter den Kunststoffen.

POM (Delrin) ist oft die beste Wahl bei der CNC-Bearbeitung von Kunststoffteilen, die hohe Präzision, hohe Steifigkeit, geringe Reibung, hervorragende Dimensionsstabilität bei erhöhten Temperaturen und sehr geringe Wasseraufnahme erfordern.

Materialeigenschaften:

• Typische Dichte:1,40-1,42 g/cm3

Was ist PTFE (Teflon)? Der Thermoplast für extreme Temperaturen

PTFE, allgemein bekannt als Teflon, ist ein technischer Thermoplast mit ausgezeichneter chemischer und thermischer Beständigkeit und dem niedrigsten Reibungskoeffizienten aller bekannten Feststoffe. Es ist einer der wenigen Kunststoffe, der Betriebstemperaturen von über 200 Grad Celsius standhält und ein hervorragender elektrischer Isolator ist. Es hat auch rein mechanische Eigenschaften und wird oft als Auskleidung oder Einsatz in einer Baugruppe verwendet.

Materialeigenschaften:

• Typische Dichte:2,2 g/cm3

Was ist HDPE? Der Thermoplast für Outdoor und Rohrleitungen

Polyethylen hoher Dichte (HDPE) ist ein Thermoplast mit einem hohen Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht, hoher Schlagzähigkeit und guter Witterungsbeständigkeit. HDPE ist leicht und eignet sich für den Einsatz im Freien und für Rohrleitungen. Wie ABS wird es häufig verwendet, um Prototypen vor dem Spritzgießen zu erstellen.

Materialeigenschaften:

• Typische Dichte:0,93-0,97 g/cm3

Was ist PEEK? Der Kunststoff als Ersatz für Metall

PEEK ist ein technischer Hochleistungsthermoplast mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften, thermischer Stabilität über einen sehr weiten Temperaturbereich und ausgezeichneter Beständigkeit gegenüber den meisten Chemikalien.

PEEK wird aufgrund seines hohen Festigkeits-Gewichts-Verhältnisses häufig als Ersatz für Metallteile verwendet. Es sind auch medizinische Qualitäten erhältlich, wodurch PEEK auch für biomedizinische Anwendungen geeignet ist.

Materialeigenschaften:

• Typische Dichte:1,32 g/cm3

Häufig gestellte Fragen

Was ist das kostengünstigste Material für die CNC-Bearbeitung?

Dies hängt stark von der jeweiligen Anwendung ab, aber insgesamt ist Aluminium 6061 das gebräuchlichste und kostengünstigste Metall für die CNC-Bearbeitung.

Was ist der beste Kunststoff für die CNC-Bearbeitung?

POM (Delrin) ist der wirtschaftlichste Kunststoff für die CNC-Bearbeitung. Dies ist zum Teil der hervorragenden Bearbeitbarkeit von Thermoplasten zu verdanken.

Was sind die Vorteile der CNC-Bearbeitung von Metallen?

Metalle sind ideal für Fertigungsanwendungen, die eine hohe Festigkeit, Härte und/oder zuverlässige Beständigkeit gegen extreme Temperaturen erfordern.

Welche Vorteile bietet die CNC-Bearbeitung von Kunststoffen?

Kunststoffe sind zwar im 3D-Druck gebräuchlicher, eignen sich jedoch ideal für die CNC-Bearbeitung, wenn Sie leichte Teile mit besonderen Materialanforderungen herstellen möchten. Kunststoffe eignen sich auch für die Herstellung von Prototypen (insbesondere bevor Sie mit der Herstellung größerer Mengen im Spritzgussverfahren beginnen).