Aluminium-CNC-Maschine:Vorteile und mögliche Alternativen

Für CNC-Bearbeitungsprojekte ist Aluminium aufgrund seiner wünschenswerten physikalischen Eigenschaften eines der beliebtesten Materialien. Es ist stark, was es ideal für mechanische Teile macht, und seine oxidierte Außenschicht ist korrosionsbeständig durch die Elemente. Diese Vorteile haben dazu geführt, dass Aluminiumteile in allen Branchen verbreitet sind, obwohl sie in den Bereichen Automobil, Luft- und Raumfahrt, Gesundheitswesen und Unterhaltungselektronik besonders beliebt sind.

Aluminium bietet auch spezifische Vorteile, die den Prozess der CNC-Bearbeitung vereinfachen und verbessern. Im Gegensatz zu vielen anderen Metallen mit ähnlichen Materialeigenschaften bietet Aluminium eine hervorragende Bearbeitbarkeit:Viele seiner Sorten können effektiv von Schneidwerkzeugen durchdrungen werden, splittern leicht und sind relativ einfach zu formen. Aus diesem Grund kann Aluminium mehr als dreimal schneller bearbeitet werden als Eisen oder Stahl.

Dieser Artikel erläutert einige der Hauptvorteile der CNC-Bearbeitung von Aluminium – Gründe, warum dies einer unserer am häufigsten nachgefragten Prototyping- und Produktionsprozesse ist –, schlägt aber auch Bearbeitungsalternativen zu Aluminium vor.

Andere Metalle und Kunststoffe können neben ihren eigenen einzigartigen Vorteilen ähnliche Vorteile wie Aluminium bieten.

Vorteile der CNC-Bearbeitung von Aluminium

• Bearbeitbarkeit
• Korrosionsbeständigkeit
• Verhältnis von Stärke zu Gewicht
• Elektrische Leitfähigkeit
• Anodisierungspotential
• Recyclingfähigkeit

Typische CNC-Aluminiumteile von 3ERP

Bearbeitbarkeit

Einer der Hauptgründe, warum Ingenieure Aluminium für ihre bearbeiteten Teile wählen, ist ganz einfach, dass das Material einfach zu bearbeiten ist. Während dies eher ein Vorteil für den Maschinisten zu sein scheint, der das Teil herstellt, hat es auch erhebliche Vorteile für das Unternehmen, das das Teil bestellt, sowie für den Endbenutzer, der es letztendlich verwenden wird.

Da Aluminium leicht splittert und leicht zu formen ist, kann es mit CNC-Werkzeugmaschinen schnell und präzise geschnitten werden. Dies hat einige wichtige Konsequenzen:Erstens macht der kurze Zeitrahmen des Bearbeitungsauftrags den Prozess billiger (weil weniger Arbeitskräfte vom Maschinisten und weniger Betriebszeit von der Maschine selbst verlangt werden); Zweitens bedeutet eine gute Bearbeitbarkeit eine geringere Verformung des Teils, wenn das Schneidwerkzeug durch das Werkstück geht. Dadurch kann die Maschine engere Toleranzen (bis zu ±0,025 mm) einhalten und führt zu höherer Genauigkeit und Wiederholbarkeit.

Korrosionsbeständigkeit

Verschiedene Aluminiumsorten unterscheiden sich stark in ihrer Korrosionsbeständigkeit – dem Grad, in dem sie Oxidation und chemischer Beschädigung standhalten. Glücklicherweise sind einige der beliebtesten Sorten für die CNC-Bearbeitung am widerstandsfähigsten. 6061 bietet beispielsweise eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit, ebenso wie andere Legierungen am unteren Ende des Festigkeitsspektrums. (Starke Aluminiumlegierungen können aufgrund des Vorhandenseins von legiertem Kupfer weniger korrosionsbeständig sein.)

Verhältnis von Stärke zu Gewicht

Aluminium hat wünschenswerte physikalische Eigenschaften, die es sowohl für mechanische als auch für optische Teile ideal machen. Zwei der wichtigsten sind die hohe Festigkeit und das geringe Gewicht des Metalls, die beide das Material für kritische Teile, wie sie in der Luft- und Raumfahrt- und Automobilindustrie benötigt werden, günstig machen. Flugzeugbeschläge und Automobilwellen sind zwei Beispiele für Teile, die erfolgreich mit Aluminium bearbeitet werden können.

Unterschiedliche Aluminiumqualitäten dienen jedoch unterschiedlichen Zwecken. Aufgrund ihres günstigen Festigkeits-Gewichts-Verhältnisses können allgemeine Sorten wie 6061 für eine Vielzahl von Teilen verwendet werden, während besonders hochfeste Sorten wie 7075 in Luft- und Raumfahrtanwendungen bevorzugt werden können.

Elektrische Leitfähigkeit

CNC-bearbeitete Aluminiumteile können aufgrund ihrer elektrischen Leitfähigkeit für elektrische Komponenten nützlich sein. Obwohl es nicht so leitfähig ist wie Kupfer, hat reines Aluminium bei Raumtemperatur eine elektrische Leitfähigkeit von etwa 37,7 Millionen Siemens pro Meter. Legierungen können niedrigere Leitfähigkeiten haben, aber Aluminiummaterialien sind deutlich leitfähiger als beispielsweise Edelstahl.

Material	Leitfähigkeit (S/m) bei Raumtemperatur
Kupfer	59,6 Millionen
Aluminium	37,7 Millionen
Zink	16,9 Millionen
Eisen	10 Millionen
Kohlenstoffstahl	7 Millionen
Titan	2,4 Millionen
Edelstahl	1,5 Millionen

Anodisierungspotenzial

Bearbeitete Aluminiumteile sind besonders beliebt in der Unterhaltungselektronikindustrie, nicht nur wegen Festigkeits- und Gewichtsanforderungen, sondern auch wegen wichtiger ästhetischer Erwägungen. Aluminium ist nicht nur aufnahmefähig für Farben und Farbtöne, sondern kann auch mit Eloxal behandelt werden, einem Oberflächenveredelungsverfahren, das die schützende und oxidierte Außenschicht des Teils dicker macht.

Beim Anodisierungsprozess, der im Allgemeinen nach Abschluss der Bearbeitung stattfindet, wird ein elektrischer Strom durch das Teil in einem elektrolytischen Säurebad geleitet, wodurch ein Aluminiumstück entsteht, das widerstandsfähiger gegen physikalische Einwirkungen und Korrosion ist.

Wichtig ist, dass Eloxieren es einfacher macht, einem bearbeiteten Aluminiumteil Farbe hinzuzufügen, da die eloxierte Außenschicht hochporös ist. Farbstoffe können ihren Weg durch die porösen Abschnitte der Außenschicht finden und splittern oder blättern weniger wahrscheinlich ab, da sie in das robuste Äußere des Metallteils eingebettet sind.

Wiederverwertbarkeit

Ein weiterer Vorteil von Aluminium ist seine hohe Recyclingfähigkeit, die es für Unternehmen bevorzugt, die ihre Umweltauswirkungen minimieren möchten, oder für diejenigen, die einfach Materialverschwendung reduzieren und einen Teil ihrer Ausgaben wieder hereinholen möchten. Recyclingfähige Materialien sind besonders wichtig in der CNC-Bearbeitung, wo relativ viel Abfallmaterial in Form von Spänen aus dem Schneidwerkzeug anfällt.

Alternativen zu Aluminium in der CNC-Bearbeitung

Unternehmen können aus einer Reihe von Gründen nach Alternativen zu Aluminium für die CNC-Bearbeitung suchen. Schließlich hat das Metall einige Schwächen:Seine Oxidbeschichtung kann Werkzeuge beschädigen, und es ist im Allgemeinen teurer als Alternativen wie Stahl, was teilweise auf die hohen Energiekosten der Aluminiumherstellung zurückzuführen ist.

Hier sind einige mögliche Bearbeitungsalternativen zu Aluminium, wobei der Schwerpunkt auf den Unterschieden und Ähnlichkeiten mit dem beliebten silbergrauen Metall liegt.

Metalle

Stahl &Edelstahl

Besser als Aluminium für:

• Stärke
• Temperaturbeständigkeit

Schlimmer als Aluminium für:

• Bearbeitbarkeit
• Gewicht

Stähle und Edelstähle sind weit verbreitete Materialien in der CNC-Bearbeitung. Aufgrund ihrer hohen Festigkeit werden Stähle in der Regel für Anwendungen mit hoher Beanspruchung und solche, die starke Schweißnähte erfordern, bevorzugt. Stähle sind beständig gegen sehr hohe Temperaturen und rostfreie Stähle können wärmebehandelt werden, um ihre Korrosionsbeständigkeit zu erhöhen.

Während Automatenstähle jedoch für eine verbesserte Bearbeitbarkeit entwickelt wurden, bleibt Aluminium das besser bearbeitbare der beiden Materialien. Stähle sind auch schwerer und haben eine höhere Härte als Aluminium, was je nach Anwendung wünschenswert sein kann oder nicht.

Wenn die Temperaturbeständigkeit ein wichtiger Aspekt ist und das Gewicht nicht, kann Stahl eine ideale Alternative zu Aluminium sein.

Titan

Besser als Aluminium für:

• Verhältnis von Stärke zu Gewicht

Schlimmer als Aluminium für:

• Kosten

Titan kann als gleichwertiger Ersatz für Aluminium verwendet werden, da sein Hauptvorteil ein außergewöhnliches Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht ist – auch einer der Hauptvorteile von Aluminium. Titan hat ein ähnliches Gewicht wie Aluminium, ist aber fast doppelt so stark. Wie Aluminium ist es auch sehr korrosionsbeständig.

Diese Vorteile spiegeln sich im höheren Preis von Titan wider. Obwohl das Material eine ausgezeichnete Wahl für Teile wie Flugzeugkomponenten und medizinische Geräte ist, können seine Kosten unerschwinglich sein.

Titan ist eine geeignete Alternative zu Aluminium, wenn es auf geringes Gewicht ankommt und vor allem, wenn das Fertigungsbudget flexibel ist.

Magnesium

Besser als Aluminium für:

• Bearbeitbarkeit
• Gewicht

Schlimmer als Aluminium für:

• Sicherheit der Bearbeitung
• Korrosionsbeständigkeit

Obwohl es nicht der gebräuchlichste Zerspanungswerkstoff ist, bietet das Leichtmetall Magnesium viele der Vorteile herkömmlicher Aluminiumlegierungen. Tatsächlich ist Magnesium eines der am besten bearbeitbaren Metalle, was den Bearbeitungsprozess schnell und effizient macht.

Ein potenzieller Nachteil für Maschinenwerkstätten? Magnesiumspäne sind extrem brennbar und werden durch Wasser weiter verschlimmert, was bedeutet, dass Maschinisten beim Entfernen von Trümmern vorsichtig sein müssen.

Messing

Besser als Aluminium für:

• Einige ästhetische Anwendungen

Schlimmer als Aluminium für:

• Kosten

Messing ist ein Metall mit goldenem Aussehen und ein gut bearbeitbares Metall, das zu einem etwas höheren Preis als Aluminium erhältlich ist. Es wird häufig auf Teilen wie Ventilen und Düsen sowie Strukturkomponenten verwendet, während seine gute Bearbeitbarkeit es für Großserienaufträge geeignet macht.

Kupfer

Besser als Aluminium für:

• Elektrische Leitfähigkeit

Schlimmer als Aluminium für:

• Bearbeitbarkeit

Kupfer teilt mehrere Materialeigenschaften mit Aluminium. Die überlegene elektrische Leitfähigkeit von Kupfer kann es jedoch für verschiedene elektrische Anwendungen bevorzugt machen. Während reines Kupfer schwierig zu bearbeiten ist, bieten viele Kupferlegierungen eine ähnliche Bearbeitbarkeit wie gängige Aluminiumsorten.

Technische Thermoplaste

POM (Delrin)

Besser als Aluminium für:

• Elektrische Isolierung
• Geringe Reibung

Schlimmer als Aluminium für:

• Stärke
• Hitzebeständigkeit

CNC-Bearbeitungsprojekte müssen nicht auf Metalle beschränkt sein. Tatsächlich können mehrere technische Thermoplaste je nach Anwendung einige der Vorteile von Aluminium erreichen oder übertreffen.

Da Aluminium oft wegen seiner hervorragenden Bearbeitbarkeit bevorzugt wird, ist POM (Delrin) eine praktikable Kunststoffalternative, die sich wie Aluminium sehr gut für den Bearbeitungsprozess eignet. POM hat einen niedrigen Schmelzpunkt, aber eine beeindruckend hohe Festigkeit für einen Kunststoff.

POM ist ein elektrischer Isolator, wodurch es für Teile wie elektronische Gehäuse geeignet ist. Es ist auch für mechanische Teile geeignet. Aufgrund seines im Vergleich zu Aluminium grundlegend anderen Isolierverhaltens sollte es jedoch nur als gleichwertiger Ersatz in Situationen verwendet werden, in denen thermische und elektrische Leitfähigkeit von vernachlässigbarer Bedeutung sind.

PTFE (Teflon)

Besser als Aluminium für:

• Elektrische Isolierung
• Sehr geringe Reibung

Schlimmer als Aluminium für:

• Stärke

Wie POM ist PTFE (Teflon) ein gut bearbeitbarer Thermoplast, der ein ausgezeichneter elektrischer Isolator ist. Im Gegensatz zu POM ist PTFE jedoch auch hochtemperaturbeständig (bis 260°C) und damit eine brauchbare Aluminiumalternative für Hochtemperaturanwendungen.

Die hohe chemische Beständigkeit von PTFE macht es auch zu einem beliebten Bearbeitungsmaterial für Teile, die in der Lebensmittelindustrie verwendet werden.

PEEK

Besser als Aluminium für:

• Medizinische Verwendung

Schlimmer als Aluminium für:

• Bearbeitbarkeit
• Kosten

Obwohl PEEK schwieriger zu bearbeiten ist als die beiden vorherigen Thermoplaste, ist es aufgrund seiner hohen Festigkeit und thermischen Stabilität (beständig gegen Temperaturen bis zu 260 °C) eine echte Like-for-Like-Alternative zu Aluminium. Die Popularität von PEEK für Teile wie Ventile, Lager, Pumpen und Düsen zeugt von seinen metallähnlichen Fähigkeiten.

Ein Stolperstein ist der Preis. Als Hochleistungspolymer ist PEEK einer der teureren bearbeitbaren Thermoplaste und eignet sich daher nur für Bearbeitungsprojekte, bei denen allgegenwärtige Materialien wie Aluminium unbrauchbar sind.

ABS

Besser als Aluminium für:

• Thermoschockbeständigkeit

Schlimmer als Aluminium für:

• Stärke

ABS wird häufig als Spritzgussmaterial und seit einigen Jahren als Filament für den 3D-Druck verwendet. Aber obwohl ABS sehr wenig mit Aluminium gemeinsam hat, bleibt es ein vielseitiges und leichtes Material für die CNC-Bearbeitung, das eine überdurchschnittliche Schlagfestigkeit bietet.

Mehr

Andere bearbeitbare Kunststoffe, von denen die meisten Aluminium sehr unähnlich sind, umfassen PC, ABS+PC, PP, PS, PMMA (Acryl), PAGF30, PCGF30, DHPE, HDPE und PPS.

Alternativen zu bestimmten Aluminiumsorten

Bewerbung	Aluminium	Alternative
Allgemeines	6061	Flussstahl 1018
Luft- und Raumfahrt	7075	Edelstahl 303
Marine	5083	Edelstahl 304 Edelstahl 316
Konstruktion	5083	Baustahl A36
Essen	6061	PTFE PC

Kombination der CNC-Bearbeitung mit anderen Prozessen

Wenn Aluminium die bevorzugte Materialwahl für ein Projekt bleibt, gibt es Möglichkeiten, die CNC-Bearbeitung mit anderen Fertigungsverfahren zu kombinieren, um komplexere, leistungsfähigere Aluminiumteile herzustellen. Dadurch kann die Funktionalität von Aluminium maximiert und gleichzeitig die Vorteile mehrerer Produktionsprozesse genutzt werden.

Die CNC-Bearbeitung ist nicht nur ein All-in-One-Fertigungsprozess, sondern kann auch zum Verfeinern oder Modifizieren von Teilen verwendet werden, die mit anderen Maschinen hergestellt wurden. Extrusions-, Gieß- und Schmiedeprozesse können jeweils durch den Bearbeitungsprozess ergänzt werden, um bessere Aluminiumkomponenten herzustellen.

Aluminium-Extrusion + CNC-Bearbeitung

Extrusion ist der Prozess, bei dem geschmolzenes Material durch eine Öffnung in einer Form gepresst wird, wodurch eine längliche Komponente mit einem kontinuierlichen Profil entsteht. Die Aluminiumextrusion ist zwar ein effektives Verfahren zur Herstellung funktionaler Komponenten mit hochwertiger Oberflächenbeschaffenheit und komplexen Querschnitten, ihr Anwendungsbereich ist jedoch begrenzt, da diese Querschnitte über das gesamte Teil hinweg konsistent sein müssen.

Es sei denn natürlich, das Teil wird nach der Extrusion modifiziert. Da bei der Aluminiumextrusion in der Regel verformbare, duktile und bearbeitbare Aluminiumsorten wie 6061 und 6063 verwendet werden, können die extrudierten Teile anschließend nachbearbeitet – mit einem CNC-Bearbeitungszentrum auf verschiedene Weise geschnitten werden.

Die Kombination von Aluminiumextrusion und CNC-Bearbeitung ist eine großartige Möglichkeit, belastbare Teile mit komplexen Querschnitten und unregelmäßigen Geometrien herzustellen.

Druckguss + CNC-Bearbeitung

Druckguss ist ein Herstellungsverfahren, bei dem geschmolzenes Metall mit hohem Druck in einen Formhohlraum gepresst wird. Es wird im Allgemeinen verwendet, wenn Teile in größeren Mengen hergestellt werden, da die erforderlichen Werkzeugstahlformen teuer in der Herstellung sind.

Neben Stahl, Magnesium und Zink ist Aluminium eines der beliebtesten Metalle für den Druckguss, und Aluminium-Druckgussteile haben im Allgemeinen eine hervorragende Oberflächenbeschaffenheit und Maßhaltigkeit.

Diese Vorteile können mit den Vorteilen der CNC-Bearbeitung kombiniert werden. Durch das Druckgießen von Aluminiumkomponenten und das anschließende Hinzufügen weiterer Schnitte mit einem Bearbeitungszentrum ist es möglich, Teile mit einem außergewöhnlichen Finish und komplexeren Geometrien herzustellen, die mit beiden Verfahren allein möglich wären.

Kokillenguss kann anstelle von Druckguss verwendet werden, wenn die Kostenreduzierung wichtiger ist als die Gewährleistung hoher Präzision oder die Herstellung dünner Wände.

Feinguss + CNC-Bearbeitung

Feinguss ist ein Metallgussverfahren, bei dem Wachsmodelle verwendet werden, um Metallteile herzustellen. Wie andere Gießverfahren produziert es Teile mit ausgezeichneter Oberflächengüte und hoher Maßhaltigkeit.

Das Verfahren bietet auch einzigartige Vorteile:Es kann verwendet werden, um kompliziertere Teile herzustellen, als dies mit Druckguss möglich wäre, und Teile entstehen ohne Trennfugen.

Aluminiumlegierungen sind ein gängiges Material für den Feinguss, und die gegossenen Aluminiumteile können zur Veredelung nachbearbeitet werden.

Schmieden + CNC-Bearbeitung

Viele zerspanbare Aluminiumlegierungen eignen sich auch für das uralte Schmiedeverfahren, bei dem Metall durch Druckkraft geformt wird. (Hierfür muss man oft mit einem Hammer auf das Metall schlagen.)

Aluminium 6061 eignet sich beispielsweise für das Warmschmieden mit geschlossenem Gesenk – ein Verfahren, das häufig zur Herstellung von Automobil- und Industriekomponenten verwendet wird.

Die geschmiedeten Aluminiumstücke können mit einem CNC-Bearbeitungszentrum nachbearbeitet werden. Dies kann im Vergleich zur reinen Bearbeitung von Vorteil sein, da geschmiedete Teile im Allgemeinen stärker sind als vollständig gegossene oder vollständig bearbeitete Äquivalente. Die Nachbearbeitung ermöglicht jedoch die Erstellung komplexerer Geometrien, ohne die Integrität des Teils vollständig zu beeinträchtigen.

Um mehr über die CNC-Bearbeitung mit Aluminium und anderen Materialien zu erfahren, 3ERP kontaktieren .