Fräsworkflow transformieren mit 3D-gedruckten Schraubstockbacken

Moderne Zerspanung steht vor einem klaren Flaschenhals: sie verlangt erhebliche Zeit und Geld – von qualifizierten Bedienern bis zu kostspieliger Ausrüstung, von umfangreichen Setups bis zu Lieferverzögerungen.

Die Herausforderung verschärft sich bei der Fertigung von kundenspezifischem Werkzeug – Vorrichtungen, Lehren, Formen und Mustern. Werkzeugbau stellt traditionell den zeit- und kostenintensivsten Segment der Zerspanung dar.

Er verbraucht sowohl Zeit als auch Kapital.

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Zeitaufwändig

Der Erwerb eines Satzes kundenspezifischer Fräsbacken folgt typischerweise dieser Sequenz:

1. Backen in CAD-Software entwerfen.
2. Design-Freigabe einholen.
3. CNC-Maschine programmieren.
4. Bearbeitungslauf planen.
5. Backen auf CNC fräsen.
6. Fertigstellung abwarten.
7. Fertige Backen liefern.

Wenn die Backen ankommen, haben fünf verschiedene Fachleute das Teil berührt: ein Designingenieur, ein Manager, ein Programmierer, ein Zerspaner und ein Qualitätsprüfer.

Wenn sich das Teil, für das die Backen gebaut wurden, weiterentwickelt – von Revision 1 zu Revision 3 – löst jede Änderung einen neuen Backen-Design-Zyklus aus, der wieder bei Schritt 1 beginnt.

Kostspielig

Bei niedrigen Produktionsvolumen lehnen Hersteller entweder ab oder verlangen Premiumpreise. Werkzeugbau generiert selten Umsatz; seine Erstellung kostet Maschinenstillstand, Arbeitskraft und Overhead. Wenn ein Backensatz nie wiederverwendet wird, muss sein Vorabkosten auf den finalen Produktionslauf umgelegt werden, was den Preis der Endverbrauchsteile aufbläht.

Additive Fertigung

3D-Druck – allgemein als additive Fertigung bezeichnet – bietet Designern beispiellose Freiheit und wandelt Werkzeugbau von einem arbeitsintensiven Prozess in einen schnellen, kosteneffektiven um. Für Einzelwerkzeuge kann additive Fertigung die Gesamtkosten auf reine Materialkosten reduzieren, wie in Abbildung 1 gezeigt.

Durch sofortiges Drucken der Backen nach Design eliminiert additive Fertigung die lange Kette aus Entwurf, Programmierung, Planung und Inspektion. Je schneller das Werkzeug bereit ist, desto früher können umsatzgenerierende Teile zerspant werden.

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Wie man Fräsbacken 3D-druckt

Das Design von Fräsbacken für 3D-Druck basiert auf drei Kernelementen: Verständnis der Fräsbacken-Geometrie, CAD-Kenntnisse und Expertise in Continuous Fiber Fabrication (CFF).

Continuous Fiber Fabrication (CFF)

Frühere additive Technologien konnten nur Thermoplaste drucken, die zu schwach für CNC-Umgebungen waren. Markforgeds CFF-Technologie ändert das, indem sie Teile mit kontinuierlichen Fasern – Kohlenstoff, Kevlar® oder Glasfaser – verstärkt und Festigkeitsniveaus erreicht, wie in Abbildung 2 illustriert.

Betrachten Sie das Nadelager-Werkstück in Abbildung 3, das Planfräsen erfordert. Die entsprechenden Fräsbacken sind in Abbildung 4 gezeigt.

Da kontinuierliche Fasern in Zug am stärksten sind, ist die Orientierung beim Druck kritisch. Für Backen, die ein Werkstück spannen, wirken die Spannkräfte als Drucklasten entlang der Kontaktpunkte (siehe Abbildung 5). Das Routen der Fasern konzentrisch um die Außenwände versetzt sie in Zug, wodurch diese Druckkräfte ausgeglichen werden (Abbildung 6).

Das Einbetten der Backen in einen Schraubstock sandwich das Teil nicht nur, sondern nutzt auch den Scherwiderstand der gedruckten Lagen. Die Maximierung des Flächenkontakts mit dem Schraubstock erhöht die Dimensionsstabilität weiter.

Fortgeschrittene Fräsbacken für 3D-Druck

Betrachten Sie als Nächstes einen modularen Ansatz: nur die Weichbacken-Einsätze drucken, während bearbeitete Metallrohlinge verwendet werden. Wie in Abbildung 7 gezeigt, kann ein einzelner Metallrohling mehrere Einsatzgeometrien aufnehmen, was den Redesign-Aufwand drastisch reduziert.

Wenn Stahlbacken erforderlich sind, gilt das gleiche modulare Konzept. Ein bearbeiteter Aluminium- oder CFF-Rohling kann mit einem 3D-gedruckten Einsatz kombiniert werden, gefertigt auf Markforgeds Metal X System mit Atomic Diffusion Additive Manufacturing (ADAM). Mit 17-4PH Edelstahl und H13 Werkzeugstahl nun verfügbar, liefert Metal X die nötige Festigkeit, während die Vorteile schneller, konformer Fertigung erhalten bleiben.

Durch den Wechsel von sperrigen Werkzeuglagern zu einem austauschbaren, on-demand System repräsentieren modulare Fräsbacken die Zukunft der Fertigung. Additive Fertigung beschleunigt diesen Wandel weiter, macht Werkzeugbau schneller, einfacher und erschwinglicher.

Wie man Frässchraubstockbacken am besten 3D-druckt

Das Drucken von Frässchraubstockbacken ist unkompliziert, sobald man die Grundlagen versteht:

1. Spannkräfte zwischen Werkstück und Schraubstock identifizieren.
2. Druckorientierung wählen, die Fasern in Zug gegen diese Kräfte platziert.
3. Mit kontinuierlichen Fasern verstärken, ausgerichtet zur Gegenwirkung der Kompression.

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