Das optimale CNC-Material wählen: Leitfaden zu Leistung, Kosten & Anwendung

CNC-Bearbeitung kann Teile aus fast jedem Metall oder Kunststoff fertigen. Entsprechend groß ist die Materialauswahl für CNC-Fräsen und -Drehen. Die richtige Wahl für Ihre Anwendung kann eine Herausforderung sein – das Verständnis der Vorteile und optimalen Einsatzbereiche jedes Materials ist jedoch entscheidend.

In diesem Artikel vergleichen wir die gängigsten CNC-Materialien hinsichtlich mechanischer und thermischer Eigenschaften, Kosten und typischer (sowie optimaler) Anwendungen.

Wie wählen Sie das richtige CNC-Material?

Beim Design eines für CNC-Bearbeitung bestimmten Teils ist die Materialwahl essenziell. Hier sind die grundlegenden Schritte, die wir empfehlen:

• Materialanforderungen definieren: Dazu gehören mechanische, thermische oder andere Materialanforderungen sowie Kosten und Oberflächenqualität. Berücksichtigen Sie, wie und in welcher Umgebung Ihre Teile eingesetzt werden.

• Kandidatenmaterialien identifizieren: Grenzen Sie einige Materialien ein, die alle (oder die meisten) Ihrer Designanforderungen erfüllen.

• Das geeignetste Material wählen: Meist ist ein Kompromiss zwischen zwei oder mehr Anforderungen nötig (z. B. mechanische Leistung vs. Kosten).

Dieser Artikel fokussiert sich auf Schritt zwei. Anhand der folgenden Informationen können Sie die für Ihre Anwendung passendsten Materialien identifizieren und Ihr Budget einhalten.

Was sind Hubs' Richtlinien für die Materialwahl bei CNC?

In den folgenden Tabellen fassen wir die relevanten Eigenschaften der gängigsten CNC-Materialien zusammen, basierend auf den Datenblättern der Materialhersteller. Wir unterteilen in Metalle und Kunststoffe.

Metalle werden 주로 in Anwendungen eingesetzt, die hohe Festigkeit, Härte und Temperaturbeständigkeit erfordern. Kunststoffe sind leichte Materialien mit vielfältigen physikalischen Eigenschaften, oft genutzt für chemische Beständigkeit und elektrische Isolation.

In unserem Vergleich fokussieren wir auf mechanische Festigkeit (Zugstreckgrenze), Bearbeitbarkeit (Einfluss auf CNC-Preise), Kosten, Härte (Metalle) und Temperaturbeständigkeit (Kunststoffe).

Hier ist eine Infografik als schneller Referenz, um CNC-Materialien für spezifische Ingenieuranforderungen schnell zu identifizieren:

Material	Legierung	Festigkeit*	Härte+	Bearbeitbarkeit	Kosten	Typische Anwendungen
Aluminium	6061	Mittel	Mittel	★★★★★	$	Allzweck, Flugzeugkomponenten, Automobilteile, Fahrradrahmen, Lebensmittelbehälter
	6082	Mittel	Mittel	★★★★★	$	Allzweck, Automobilteile, Lebensmittelbehälter
	7075	Hoch	Mittel	★★★★	$$$	Luft- & Raumfahrt, Automobil, Marine, Sportgeräte
	5083	Mittel	Niedrig	★★★★★	$$	Marine, Bauwesen, Druckbehälter
Edelstahl	304	Hoch	Mittel	★★	$$$	Allzweck, Medizintechnik, Lebensmittelindustrie, Marine, Chemietechnik
	316	Hoch	Mittel	★★	$$$$	Lebensmittelverarbeitung, Marine, Architektur, chirurgische Implantate, Chemikalienbehälter
	2205 Duplex	Hoch	Hoch	★	$$$$$	Öl & Gas, Marine, Chemietechnik, Wärmetauscher
	303	Hoch	Hoch	★★★	$$$$	Flugzeugkomponenten, Maschinenteile, Muttern, Bolzen, Zahnräder, Buchsen
	17-4	Hoch	Sehr hoch	★★	$$$$$	Turbinenblätter, Marine, Chemische Behälter, Öl & Gas, Nuklear
Baustahl	1018	Mittel	Mittel	★★★	$$	Allzweck, Maschinenteile, Vorrichtungen & Lehren
	1045	Mittel	Hoch	★★	$$$	Allzweck, Maschinenteile
	A36	Hoch	Mittel	★★★	$$	Bauwesen, Maschinenteile, Vorrichtungen & Lehren
Legierter Stahl	4140	Mittel	Hoch	★★	$$$	Allzweck, Maschinenteile, Werkzeuge
	4340	Hoch	Hoch	★★	$$$	Fahrwerk Luftfahrt, Kraftübertragung, Werkzeuge
Werkzeugstahl	D2	Hoch	Sehr hoch	★	$$$$	Kaltarbeitswerkzeuge, Stempel & Matrizen, Schneidwerkzeuge & Messer
	A2	Hoch	Sehr hoch	★	$$$$	Kaltarbeitswerkzeuge, Stempel & Matrizen, Schneidwerkzeuge & Messer
	O1	Hoch	Sehr hoch	★	$$$$	Kaltarbeitswerkzeuge, Stempel & Matrizen
Messing	C36000	Mittel	Mittel	★★★★★	$$	Mechanische Teile, Ventile & Düsen, Architektur

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

Material	Festigkeit*	Einsatztemperatur+	Bearbeitbarkeit	Kosten	Typische Anwendungen
ABS	Mittel	Bis 60 °C	★★★	$$	Automotive, Elektronikgehäuse, Rohre & Fittings, Konsumgüter
Nylon	Hoch	Bis 100 °C	★	$$	Automobilteile, Mechanische Teile, Befestigungselemente
Polycarbonat (PC)	Hoch	Bis 120 °C	★★	$$	Architektur, Automotive, Elektronikgehäuse, Lebensmittelbehälter
POM (Delrin)	Mittel	Bis 82 °C	★★★★	$$	Mechanische Teile, Elektronikgehäuse, Buchsen & Fittings
PTFE (Teflon)	Niedrig	Bis 260 °C	★★★★	$$	Hochtemperaturanwendungen, Chemietechnik, Elektronikgehäuse, Lebensmittelverarbeitung
HDPE	Niedrig	Bis 80 °C	★	$$	Chemikalienbehälter, Rohre & Fittings, Konsumgüter
PEEK	Hoch	Bis 260 °C	★★	$$$$	Medizintechnik, Chemietechnik, Lebensmittelverarbeitung, Hochdruckventile

• *: Zugstreckgrenze – Niedrig: 5–30 MPa, Mittel: 30–60 MPa, Hoch: 60–100 MPa
• +: Empfohlene Maximaleinsatztemperatur für Dauerbetrieb

Was ist Aluminium? Die robuste, wirtschaftliche Legierung

Aluminiumlegierungen weisen ein exzellentes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis, hohe thermische und elektrische Leitfähigkeit sowie natürlichen Korrosionsschutz auf. Sie sind leicht zu bearbeiten und in großen Mengen kosteneffizient, oft die wirtschaftlichste Option für Prototypen und andere Teile.

Zwar haben Aluminiumlegierungen typischerweise geringere Festigkeit und Härte als Stähle, aber sie können eloxiert werden, wodurch eine harte, schützende Schicht auf der Oberfläche entsteht.

Hier die Aufschlüsselung der verschiedenen Aluminiumlegierungen:

• Aluminium 6061 ist die gängigste Allzweck-Aluminiumlegierung mit gutem Festigkeits-Gewichts-Verhältnis und ausgezeichneter Bearbeitbarkeit.

• Aluminium 6082 hat ähnliche Zusammensetzung und Eigenschaften wie 6061. In Europa häufiger (entspricht British Standards).

• Aluminium 7075 ist die Legierung der Wahl in der Luftfahrt, wo Gewichtsreduktion kritisch ist. Sie hat ausgezeichnete Ermüdungseigenschaften und kann wärmebehandelt werden, um Festigkeit und Härte zu erreichen, die mit Stählen vergleichbar sind.

• Aluminium 5083 hat höhere Festigkeit als die meisten anderen Alu-Legierungen und außergewöhnliche Beständigkeit gegen Seewasser. Optimal für Bauwesen und Marine-Anwendungen. Auch hervorragend zum Schweißen geeignet.

Materialeigenschaften:

• Typische Dichte von Aluminiumlegierungen: 2,65–2,80 g/cm³
• Kann eloxiert werden
• Unmagnetisch

Was ist Edelstahl? Die starke, langlebige Legierung

Edelstahllegierungen bieten hohe Festigkeit, hohe Duktilität, ausgezeichnete Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit und lassen sich gut schweißen, bearbeiten und polieren. Je nach Zusammensetzung sind sie (im Wesentlichen) unmagnetisch oder magnetisch.

Aufschlüsselung der Edelstahlsorten auf unserer Plattform:

• Edelstahl 304 ist die gängigste Edelstahllegierung. Exzellente mechanische Eigenschaften, gute Bearbeitability, beständig gegen die meisten Umgebungsbedingungen und korrosiven Medien.

• Edelstahl 316 hat ähnliche mechanische Eigenschaften wie 304, aber höhere Korrosions- und Chemikalienbeständigkeit, besonders gegen Salzlösungen (z. B. Meerwasser) – besser für raue Umgebungen.

• Edelstahl 2205 Duplex hat die höchste Festigkeit (doppelt so hoch wie gängige Edelstähle) und exzellente Korrosionsbeständigkeit. Einsatz in extremen Umgebungen, viele Anwendungen in Öl & Gas.

• Edelstahl 303 hat ausgezeichnete Zähigkeit, aber geringere Korrosionsbeständigkeit als 304. Durch exzellente Bearbeitbarkeit oft für Hochvolumenanwendungen genutzt, z. B. Muttern und Bolzen für Luftfahrt.

• Edelstahl 17-4 (SAE 630) hat mechanische Eigenschaften vergleichbar mit 304. Kann ausscheidungshärten auf sehr hohen Grad (vergleichbar Werkzeugstähle) und hat exzellente Chemikalienbeständigkeit – geeignet für Hochleistungsanwendungen wie Windturbinenblätter.

Materialeigenschaften:

• Typische Dichte: 7,7–8,0 g/cm³
• Unmagnetische Legierungen: 304, 316, 303
• Magnetische Legierungen: 2205 Duplex, 17-4

Was ist Baustahl? Die Allzweck-Legierung

Baustähle (low-carbon steels) haben gute mechanische Eigenschaften, hervorragende Bearbeitbarkeit und Schweißbarkeit. Wegen ihrer relativ niedrigen Kosten werden sie für viele Allzweckanwendungen wie Vorrichtungen und Lehren eingesetzt. Baustähle sind anfällig für Korrosion und chemische Angriffe.

Aufschlüsselung der verfügbaren Baustähle:

• Baustahl 1018: Allzwecklegierung mit guter Bearbeitbarkeit und Schweißbarkeit, exzellenter Zähigkeit, Festigkeit und Härte. Meistverwendeter Baustahl.

• Baustahl 1045: Mittelkohlenstoffstahl mit guter Schweißbarkeit, Bearbeitbarkeit, hoher Festigkeit und Schlagzähigkeit.

• Baustahl A36: Gängiger Baustahl mit guter Schweißbarkeit. Geeignet für diverse 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 Härte, Zähigkeit, Ermüdungs- und Verschleißfestigkeit verbessert. Ähnlich wie Baustähle sind sie anfällig für Korrosion und chemische Angriffe.

• Legierter Stahl 4140: Gute gesamtmechanische Eigenschaften, gute Festigkeit und Zähigkeit. Geeignet für viele Industrieanwendungen, nicht empfohlen zum Schweißen.

• Legierter Stahl 4340: Kann wärmebehandelt werden auf hohe Festigkeit und Härte, behält dabei gute Zähigkeit, Verschleiß- und Ermüdungsfestigkeit. Dieser Legierung ist schweißbar.

Materialeigenschaften:

• Typische Dichte: 7,8–7,9 g/cm³
• Magnetisch

Was ist Werkzeugstahl? Die außergewöhnlich zähe & widerstandsfähige Legierung

Werkzeugstähle sind Metalllegierungen mit extrem hoher Härte, Steifigkeit, Abrieb- und thermischer Beständigkeit – nach Wärmebehandlung. Sie dienen zur Herstellung von Fertigungswerkzeugen (daher der Name) wie Stempel, Matrizen und Formen.

Aufschlüsselung der Werkzeugstähle bei Hubs:

• Werkzeugstahl D2: Verschleißfeste Legierung, behält Härte bis 425 °C. Häufig für Schneidwerkzeuge und Matrizen.

• Werkzeugstahl A2: Luftgehärteter Allzweck-Werkzeugstahl mit guter Zähigkeit und exzellenter Dimensionsstabilität bei erhöhten Temperaturen. Häufig für Spritzgussformen.

• Werkzeugstahl O1: Ölgehärtete Legierung mit hoher Härte von 65 HRC. Häufig für Messer und Schneidwerkzeuge.

Materialeigenschaften:

• Typische Dichte: 7,8 g/cm³
• Typische Härte: 45–65 HRC

Was ist Messing? Die leitfähige & dekorative Legierung

Messing ist eine Metalllegierung mit guter Bearbeitbarkeit und exzellenter elektrischer Leitfähigkeit – ideal für Anwendungen mit niedriger Reibung. Dekorative Messingteile finden sich oft in der Architektur (Goldverzierungen).

Unser Messing bei Hubs:

• Messing C36000: Hohe Zugfestigkeit, natürliche Korrosionsbeständigkeit. Eines der am leichtesten bearbeitbaren Materialien, oft für Hochvolumenanwendungen genutzt.

Materialeigenschaften:

• Typische Dichte: 8,4–8,7 g/cm³
• Unmagnetisch

Was ist ABS? Der Prototyping-Thermoplast

ABS ist einer der gängigsten Thermoplaste mit guten mechanischen Eigenschaften, exzellenter Schlagfestigkeit, hoher Hitzebeständigkeit und guter Bearbeitbarkeit.

ABS hat geringe Dichte, ideal für Leichtbauanwendungen. CNC-gefertigte ABS-Teile dienen oft als Prototypen vor der Serienfertigung per Spritzgießen.

Materialeigenschaften:

• Typische Dichte: 1,00–1,05 g/cm³

Was ist Nylon? Der Engineering-Thermoplast

Nylon (Polyamid PA) ist ein Thermoplast, der häufig für Engineering-Anwendungen genutzt wird – dank exzellenter mechanischer Eigenschaften, guter Schlagfestigkeit, hoher chemischer und Abriebfestigkeit. Anfällig für Wasser- und Feuchtigkeitsaufnahme.

Nylon 6 und Nylon 66 sind die gängigsten Sorten in der CNC-Bearbeitung.

Materialeigenschaften:

• Typische Dichte: 1,14 g/cm³

Was ist Polycarbonat? Der Thermoplast mit Schlagfestigkeit

Polycarbonat ist ein Thermoplast mit hoher Zähigkeit, guter Bearbeitbarkeit und exzellenter Schlagfestigkeit (besser als ABS). Meist transparent, kann aber in verschiedene Farben eingefärbt werden. Diese Faktoren machen es ideal für diverse Anwendungen, z. B. fluidische Geräte oder Autoverglasung.

Materialeigenschaften:

• Typische Dichte: 1,20–1,22 g/cm³

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

POM, bekannt unter dem Handelsnamen Delrin, ist ein Engineering-Thermoplast mit der höchsten Bearbeitbarkeit unter Kunststoffen.

POM (Delrin) ist oft die beste Wahl für CNC-gefertigte Kunststoffteile, die hohe Präzision, hohe Steifigkeit, niedrige Reibung, exzellente Dimensionsstabilität bei erhöhten Temperaturen und sehr geringe Wasseraufnahme erfordern.

Materialeigenschaften:

• Typische Dichte: 1,40–1,42 g/cm³

Was ist PTFE (Teflon)? Der Extremtemperatur-Thermoplast

PTFE, bekannt als Teflon, ist ein Engineering-Thermoplast mit exzellenter chemischer und thermischer Beständigkeit und dem niedrigsten Reibungskoeffizienten aller bekannten Feststoffe. Er gehört zu den wenigen Kunststoffen, die Betriebstemperaturen über 200 °C standhalten, und ist ein herausragender elektrischer Isolator. Er hat reine mechanische Eigenschaften und wird oft als Auskleidung oder Einlage in Baugruppen verwendet.

Materialeigenschaften:

• Typische Dichte: 2,2 g/cm³

Was ist HDPE? Der Outdoor- & Rohrleitungs-Thermoplast

High-Density Polyethylene (HDPE) ist ein Thermoplast mit hohem Festigkeits-Gewichts-Verhältnis, hoher Schlagfestigkeit und guter Witterungsbeständigkeit. HDPE ist leicht und für Außenanwendungen und Rohrleitungen geeignet. Wie ABS wird es oft für Prototypen vor dem Spritzgießen genutzt.

Materialeigenschaften:

• Typische Dichte: 0,93–0,97 g/cm³

Was ist PEEK? Der Kunststoff, der Metall ersetzt

PEEK ist ein Hochleistungs-Engineering-Thermoplast mit exzellenten mechanischen Eigenschaften, thermischer Stabilität über einen sehr weiten Temperaturbereich und exzellenter Beständigkeit gegen die meisten Chemikalien.

PEEK wird oft eingesetzt, um Metallteile aufgrund seines hohen Festigkeits-Gewichts-Verhältnisses zu ersetzen. Medizinische Sorten sind verfügbar, was PEEK auch für biomedizinische Anwendungen geeignet macht.

Materialeigenschaften:

• Typische Dichte: 1,32 g/cm³

Häufig gestellte Fragen

Was ist das kosteneffizienteste Material für CNC-Bearbeitung?

Das hängt stark von der Anwendung ab, aber insgesamt ist Aluminium 6061 das gängigste und kostengünstigste Metall für CNC-Bearbeitung.

Was ist der beste Kunststoff für CNC-Bearbeitung?

POM (Delrin) ist der wirtschaftlichste Kunststoff für CNC-Bearbeitung, nicht zuletzt dank der exzellenten Bearbeitbarkeit von Thermoplasten.

Was sind die Vorteile von CNC-Bearbeitung mit Metallen?

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

Was sind die Vorteile von CNC-Bearbeitung mit Kunststoffen?

Obwohl häufiger im 3D-Druck, sind Kunststoffe ideal für CNC-Bearbeitung, wenn Sie leichte Teile mit speziellen Materialanforderungen produzieren möchten. Kunststoffe eignen sich auch für Prototypen (insbesondere vor größerer Serienfertigung per Spritzgießen).