Vorrichtungen & Spannvorrichtungen designen mit CNC-Zerspanung & 3D-Druck

Vorrichtungen (Jigs) und Spannvorrichtungen (Fixtures) sind oft zentrale Fertigungshilfsmittel im Produktionsbetrieb, die Montage straffen, effiziente Workflows schaffen, Fertigungsqualität verbessern, Produktionskosten senken und Arbeit automatisieren können.

Dieser Beitrag beleuchtet den Unterschied zwischen Jigs und Fixtures. Zwar werden beide meist per CNC-Zerspanung gefertigt, aber industrieller 3D-Druck (Additive Manufacturing) kann bei unregelmäßigen, komplexen oder kleineren Jigs/Fixtures eine exzellente Alternative oder Option zur Zerspanung sein.

Jigs unterstützen manuelle Prozesse

Hersteller nutzen diverse Jig-Typen für verschiedene Aufgaben in Fertigungsanlagen. Im Kern: Ein Jig hält und führt die Position eines Werkzeugs, um einen Fertigungsaufgabe auszuführen. Bohrbuchsen sind gutes Beispiel – sie führen Bohrer durch Werkstück für präzise Position und Winkel. Eine Bohrbuchse führt zu höherer Arbeitsqualität und höherer Fertigungsgeschwindigkeit.

Fixtures unterstützen automatisierte Prozesse

Statt ein Fertigungswerkzeug zu führen, hält eine Fixture ein Werkstück in sicherer Position, Orientierung oder Lage. Klassisches Zerspanungsbeispiel: Spannvorrichtung, in der ein Rohmaterialblock in einer CNC-Maschine eingespannt wird. Fixtures sind Schlüsselwerkzeuge für Automatisierung. Ein Automobil-Montageband wird durch Fixtures ermöglicht, die Autos durch Schweiß- und Montageprozess sichern und bewegen. Zusätzlich oft genutzt, um Produkte für optisches und Laserscannen zur Qualitätsbewertung zu positionieren. Kaum ein automatisierter Industrieprozess kommt ohne Fixtures aus.

Jigs und Fixtures kombinieren

Gemeinsamer Einsatz erreicht Fertigungspräzision für funktionierende Produkte. Beispiele? Türen, Schränke, Regale. Bohrungen für Türgriff, Schloss, Scharniere erfordern präzise Platzierung und Bohrführung. Gleiches bei Schränken mit Schwalbenschwanzverbindungen oder Regalbohrungen an Seiten. Ohne Jigs und Fixtures: Bücher rutschen von Regalen, Schubladen wackeln, Türen schließen nicht richtig.

Wie erwähnt, ist Zerspanung der häufigste Fertigungsprozess für Jigs/Fixtures. Für Designrichtlinien: Protolabs hält Toleranzen von ±0,005 Zoll (±0,127 mm).

Nicht alle Jigs/Fixtures müssen aus Metall sein. Oft reduziert Kunststoff Kosten und erfüllt Leistungsanforderungen.

3D-Druck-Optionen für Jigs, Fixtures

Neben Zerspanung ist industrieller 3D-Druck eine valide Option für Jigs/Fixtures – in Metall oder Kunststoff. Besonders wenn Geometrie zu schwierig oder kostspielig zu zerspanen ist. Schlüssel: Wahl der passenden Technologie für die Anwendung.

Faustregel: Wenn es 3-achsig CNC-gefräst werden kann, sollte es gefräst werden. Gefräste Fixtures haben meist überlegene Oberflächen, stärkere Materialien, höhere Genauigkeit. Bei niedrigen Stückzahlen sind Kosten und Lieferzeiten etwa gleich wie 3D-Druck.

3D-Druck kommt ins Spiel bei unregelmäßigen, komplexen Formen oder kleineren Größen. Zudem kann 3D-Druck bei Mehrfachproduktion von Jigs/Fixtures Kosten senken.

Ein aktueller Designtipp zeigt, welches unserer 3D-Druckverfahren für welche Jig/Fixture-Anwendung am besten passt.

Für Kunststoff-Jigs/Fixtures: Stereolithografie (SL) beliebt für kleinere, komplexe Jigs/Fixtures wegen exzellenter Oberflächenqualität. Selektives Lasersintern (SLS) häufiger für größere Jigs/Fixtures – langlebigere, präzisere Teile, stärker als SL. SLS bietet größeren Bauraum, aber rauere Oberfläche, weniger Feindetails. Multi Jet Fusion wird zunehmend beliebter – funktionale Nylon-Prototypen und Endbauteile in nur einem Tag.

Für Metall-Jigs/Fixtures: Direct Metal Laser Sintering (DMLS) erzeugt extrem langlebige Teile. DMLS-Oberflächen sind tendenziell rau, Lieferzeiten länger durch Nachbearbeitung.

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