Was ist 3-Achsen-3D-CNC-Bearbeitung und wofür wird sie verwendet?

Die 3D-Fräsmaschine, auch bekannt als CNC-Bearbeitungszentrum, verwendet computergesteuerte Steuerung, um komplexe Teile aus Rohmaterialien zu erstellen. Diese Maschinen können fortschrittliche Funktionen wie Oberflächenprofilierung und Bohren mit außergewöhnlicher Präzision ausführen. Dies macht sie zu einem unverzichtbaren Werkzeug in der Produktion. Sie können Prototypen erstellen und bestimmte Teile von Objekten in großem Maßstab rekonstruieren. In diesem Artikel werden wir die Grundlagen des 3D-Fräsens kennenlernen, die für CNC-Bediener unerlässlich sind.

Was ist 3D-CNC-Fräsen?

Normalerweise benötigt eine CNC-Maschine 3 Achsen, um ein Objekt genau zu reproduzieren. Allerdings bedeuten jüngste Änderungen in der Software und den Maschinen, dass Maschinen mit 2 Achsen (2D) oder sogar 1 Achse (1D) effektive CNC-Fräsmaschinen sein können. In diesem Leitfaden werden wir uns drei Arten von 3D-Fräsmaschinen ansehen. CNC-Fräsen ist ein subtraktiver Prozess, der Material von einem Block entfernt, um ein Objekt zu erstellen. Subtraktive Fertigung bedeutet das Ausschneiden aus einem festen Stück Material. Im Grunde genommen handelt es sich um eine dreidimensionale Skulptur. Mechaniker verwenden ein Computerprogramm namens CAM (Computer Aided Manufacturing). CAM kommuniziert mit der CNC-Maschine, wo und wie tief zu fräsen ist. Im Allgemeinen können 2-Achsen- und 1-Achsen-Maschinen nur in 2D oder 1D fräsen. 3-Achsen-Maschinen hingegen können in allen drei Dimensionen fräsen. Sie sind in der Regel teurer als ihre 2- und 1-Achsen-Pendants. Darüber hinaus sind die meisten CNC-Maschinen computerisiert. Wenn Sie eine manuelle Maschine verwenden möchten, müssen Sie eine finden, die auf CNC-Technologie umgerüstet werden kann. Allerdings können dies nur sehr wenige Menschen.

Wie schneidet 3D im Vergleich zur traditionellen Bearbeitung ab?

3D-Fräsmaschinen bieten viele Vorteile gegenüber traditionellen Bearbeitungsmethoden, was sie ideal für bestimmte Anwendungen macht. Sie sind besonders gut in der Erstellung komplexer Objekte, die andere Maschinen auf keine andere Weise herstellen können. Die Maschine ist auch nützlich, wenn der Benutzer viele Kopien eines Objekts schnell und mit hoher Präzision erstellen muss. Diese Maschinen arbeiten mit leistungsstarken rotierenden Köpfen, die an eine Reihe von Aufsätzen und Schneidwerkzeugen angepasst werden können. Sie bewegen sich in drei Dimensionen entlang der X-, Y- und Z-Achsen, was die Erstellung von Objekten aus jedem Winkel ermöglicht. CNC-Fräsmaschinen verwenden computergesteuerte Werkzeuge zum Schneiden verschiedener Materialien.

3D-Fräsen vs. Laserschneidmaschine

3D-Fräsen funktionieren anders als Laserschneider, was bedeutet, dass sie unterschiedliche Fähigkeiten haben. Hier sind 5 Unterschiede zwischen 3D-Fräsen und Laserschneiden.

•  Durchmesser – Ein Laserschneider hat einen kleinen Durchmesser, was bedeutet, dass er nur kleinere Teile schneiden kann als die mit einem 3D-Fräser erstellten.
•  Geschwindigkeit – Laserschneidmaschinen sind langsamer als 3D-Fräsmaschinen. Eine Laserschneidmaschine kann nur ein Material auf einmal bearbeiten, während eine Fräsmaschine mehrere Materialien gleichzeitig bearbeiten kann. Die Produktionskosten beim Laserschneiden sind höher als beim 3D-Fräsen.
• Haltbarkeit – Laserschneidmaschinen benötigen nach 5 Jahren eine Reparatur oder einen Austausch, im Gegensatz zu CNC-Fräsmaschinen, die über Jahrzehnte hinweg funktionieren können.
• Abhängigkeiten – Die Genauigkeit der Positionierung eines Laserschneiders ist durch seine Software begrenzt, während eine CNC-Fräse nur von ihrer Genauigkeit und Präzision abhängt.
• Anzahl der Achsen – Laserschneider verwenden nur eine Achse zum Schneiden, während CNC-Fräsen mehrere haben, was tiefere Schnitte ermöglicht.

Vorteile des 3D-Fräsens

3D-Fräsmaschinen bieten eine Reihe von Vorteilen im Vergleich zum traditionellen 2D-Fräsen. Dazu gehören:

• Verbesserte Oberflächenveredelung
• Größerer Arbeitsbereich
• Präzisere Form
• Sie sind schneller als CNC-Bearbeitung und bieten gleichzeitig eine bessere Genauigkeit als 2D-Bohren.

Der 3D-Fräsprozess besteht darin, den Fräser durch sein Material zu bewegen und sich gleichzeitig in den Achsen X, Y und Z zu drehen. Dies ermöglicht das Ausschneiden komplexer Geometrien aus größeren Schüttmaterialien.

3-Achs-CNC-Fräsmaschinen, 3D-Fräsen

Dreiaxiale CNC-Fräsmaschinen dienen zur Herstellung von dreidimensionalen Objekten aus Metall, Kunststoff oder anderen Materialien. Sie werden computergesteuert und können zur Herstellung einer Vielzahl von Objekten verwendet werden, einschließlich Präzisionsteilen und medizinischen Implantaten. Eine 3-Achsen-CNC-Fräsmaschine funktioniert nach dem gleichen Prinzip wie eine 2-Achsen-Fräsmaschine, beinhaltet jedoch eine zusätzliche lineare Bewegung und kann mit anderen Werkzeugen wie Laserschneidern, Poliermaschinen usw. verwendet werden. Dreiaxiale Fräsmaschinen bestehen aus zwei unabhängigen Drehachsen und einer linearen Achse. Eine mechanische oder elektrische Verbindung verbindet die drei Achsen und ermöglicht es dem Schneidwerkzeug, sich entlang jeder Achse zu drehen. Eine 3-Achsen-Fräsmaschine hat 3 Hauptbewegungen:

1. Bewegung entlang der Z-Achse senkrecht zum Schneidwerkzeug, wobei die Vorschubgeschwindigkeit der Z-Achse so geregelt wird, dass entlang der Oberfläche des zu bearbeitenden Objekts geschnitten wird.
2. Die Bewegung entlang der X-Achse parallel zum Schneidwerkzeug ermöglicht die Bewegung des Fräskopfes entlang und durch das zu bearbeitende Objekt.
3. Die Bewegung entlang der Y-Achse, senkrecht zum Schneidwerkzeug, ermöglicht die Bewegung des Fräskopfes von einem Ende zum anderen über dem zu bearbeitenden Objekt.

Arten von 3-Achsen-CNC-Fräsmaschinen

Dreiaxige CNC-Fräsmaschinen werden in drei Typen unterteilt:

• Horizontale Mühle - Eine horizontale dreiaxige CNC-Fräsmaschine ist eine Maschine, die das Werkzeug in drei Richtungen bewegen kann: links und rechts, vor und zurück sowie oben und unten. Dieser Fräsmaschinentyp wird zur Bearbeitung von Teilen verwendet, die zu groß oder zu schwer sind, um auf einer vertikalen 3-Achsen-CNC-Fräsmaschine bearbeitet zu werden.
• Vertikale Mühle - Eine vertikale 3-Achsen-CNC-Fräsmaschine ist eine Maschine, die drei lineare Achsen verwendet, um das Werkzeug oder das zu bearbeitende Objekt im Raum zu bewegen. Diese drei Achsen werden oft als X-, Y- und Z-Achsen bezeichnet. Die X-Achse bewegt das Werkzeug oder das zu bearbeitende Objekt horizontal, die Y-Achse bewegt sich vertikal und die Z-Achse nähert sich der Spindel oder entfernt sich von ihr.
• Brückenfräse - Brücken-3-Achs-CNC-Fräsmaschinen ähneln Standard-3-Achs-CNC-Fräsmaschinen, verfügen jedoch über eine zusätzliche Brücke, die das Werkstück umfasst und es dem Werkzeug ermöglicht, alle Seiten des Werkstücks zu erreichen. Dies erhöht die Flexibilität der Maschine und ermöglicht die Bearbeitung größerer oder komplexerer Teile. Sie werden oft zum Erzeugen von Mustern auf großen Flächen oder zur Bearbeitung kleiner Details verwendet.

Spezifikationen der 3-Achs-Fräsmaschine

Die Spezifikationen von Drei-Achsen-Fräsmaschinen variieren je nach Modell, typische Spezifikationen umfassen jedoch die Leistung der Fräsmaschine, die Geschwindigkeit und die Größe des Werkzeugs:

• Leistung  - wird normalerweise in Pferdestärken oder der Menge an Energie gemessen, die ein Motor erzeugen kann. Die Leistung einer Fräsmaschine hängt mit der Schnittgeschwindigkeit zusammen. Es ist auch wichtig, den zu versorgenden Mühlenbereich zu berücksichtigen, um die tatsächliche Leistung zu sehen. Je größer der Motor, desto stärker wird er sein und Sie können ihn mit höheren Geschwindigkeiten betreiben, ohne sich Sorgen um Überhitzung oder Beschädigung des Motors machen zu müssen. Dies gewährleistet auch die Effizienz der Maschine.

Vergleich der Preise für 3-Achsen-CNC-Maschinen

Beim Vergleich der Preise von 3-Achsen-CNC-Maschinen sollten mehrere Faktoren berücksichtigt werden. Der erste ist die Größe der Maschine. Einige Maschinen sind größer und können größere Gegenstände bearbeiten, während kleinere nur kleinere Gegenstände bearbeiten können. Der zweite Faktor ist die Qualität der Maschine. Einige Maschinen sind aus hochwertigeren Materialien gefertigt und haben mehr Funktionen, während andere aus billigeren Materialien gefertigt sind und daher weniger Funktionen haben. Der dritte Faktor ist die Marke der Maschine. Einige Maschinenmarken sind für ihre hohe Qualität bekannt, während andere das Gegenteil sind. Sie könnten bereit sein, mehr zu zahlen, um eine qualitativ hochwertige Maschine zu bekommen. Der letzte Faktor sind die Fähigkeiten der Maschine. Je größer die Kapazität der Maschine ist, desto mehr Ausrüstung und Software hat sie, was sich auf den Preis auswirkt. Wie oben erwähnt, kann die Preisspanne für eine 3-Achsen-CNC-Maschine je nach spezifischer Marke und Modell der Maschine sowie den von ihr angebotenen Merkmalen und Funktionen variieren. Im Allgemeinen jedoch liegt der Preis für eine 3-Achsen-CNC-Maschine zwischen mehreren zehntausend und mehreren hunderttausend Złoty.

Anwendung der 3-Achsen-CNC-Bearbeitung

Die 3-Achsen-CNC-Bearbeitung wird in verschiedenen Industriezweigen eingesetzt, einschließlich der Luftfahrt-, Automobil-, Medizin- und Fertigungsindustrie:

• Luftfahrtindustrie - Die 3-Achsen-CNC-Bearbeitung wird zur Gestaltung und Herstellung von Flugzeugteilen wie Klimaanlagen, Luftventilen und anderen kritischen Komponenten verwendet.
• Automobilindustrie - Die 3-Achsen-CNC-Bearbeitung wird zur Herstellung einer breiten Palette von Autoteilen und anderen Fahrzeugteilen verwendet. Einige Teile, die mit einer 3-Achsen-CNC-Maschine bearbeitet werden können, umfassen Motorblöcke, Bremsscheiben und Getriebegehäuse.
• Medizinischer Bereich - In der Medizinbranche wird die 3-Achsen-CNC-Bearbeitung häufig für die Herstellung von medizinischen Produkten und Implantaten verwendet. Einige der beliebtesten medizinischen Geräte, die mit dieser Methode hergestellt werden, sind Herzschrittmacher, Prothesen für Gliedmaßen und Gelenkprothesen. Durch die Verwendung dieser Art von CNC-Bearbeitung können Hersteller von medizinischen Geräten komplexe Formen und Komponenten erstellen, die präzise und langlebig sind.

Wie fängt man mit einer 3-Achsen-CNC-Maschine an?

Es gibt einige Dinge, die Sie wissen müssen, bevor Sie eine 3-Achsen-CNC-Maschine verwenden. 

• Zuerst müssen Sie das Koordinatensystem der Maschine verstehen. X bezieht sich auf die linke und rechte Richtung des Werkzeugs, Y bezieht sich auf die Vorwärts- und Rückwärtsbewegung des Werkzeugs und Z bezieht sich auf die Auf- und Abbewegung des Werkzeugs. 
• Zweitens müssen Sie die Programmiersprache der Maschine kennen. Es gibt 2 grundlegende Arten von Programmiersprachen, die in CNC-Maschinen verwendet werden. Eine der Programmiersprachen ist CAM und die andere ist G-Code. CAM ist einfacher zu erlernen als G-Code und ermöglicht es Ihnen, schnell mit der Arbeit zu beginnen, aber Sie könnten auf bestimmte Gerätetypen beschränkt sein, die Sie damit programmieren können. G-Code ist schwieriger zu erlernen, wird aber fast auf jeder CNC-Maschine verwendet. Wenn Sie lernen, wie man einen CNC-Router bedient, konzentrieren Sie sich auf eine Programmiersprache und bleiben Sie dabei, bis Sie die Grundoperationen beherrschen. 
• Drittens müssen Sie die Eigenschaften der Maschine verstehen. Dazu gehören die Spindelgeschwindigkeit, die Vorschubgeschwindigkeit, die Beschleunigung und das Spiel. Die Spindelgeschwindigkeit bezieht sich auf die Umdrehungen pro Minute. Die Vorschubgeschwindigkeit bezieht sich auf die Bewegung in Millimetern pro Sekunde. Die Beschleunigung bezieht sich auf die Änderung der Werkzeugverschiebung, wenn das Werkzeug beschleunigt.
• Am Ende müssen Sie den Werkzeugwechsel und das Brechen von Werkzeugen verstehen. Sie beziehen sich darauf, wie schnell das Werkzeug seine Richtung während der Bewegung ändert oder ob das Werkzeug bricht, d.h. im Spindelstock stecken bleibt. Diese Geschwindigkeit wird manchmal als Werkzeugwechselzeit bezeichnet. Diese Zeiten sind auf der Maschine angegeben, variieren jedoch je nach Maschine und verwendetem Programmierstil.

Wie man die richtige 3-Achsen-CNC-Fräsmaschine auswählt

Bei der Auswahl einer 3-Achs-CNC-Fräsmaschine sollten mehrere Faktoren berücksichtigt werden. Der wichtigste ist die Größe des zu bearbeitenden Objekts, das die Maschine aufnehmen kann. Andere zu berücksichtigende Faktoren sind die Geschwindigkeit und Präzision der Maschine sowie die Arten von Materialien, die sie schneiden kann. Kleine Maschinen werden zum Schneiden dünner Streifen oder kleiner Teile verwendet. Sie werden für Projekte wie Gravieren, Bohren und Fräsen verwendet. Sie sind billiger, aber nicht so genau. Für größere Projekte sind größere 3-Achs-Fräsmaschinen verfügbar. Ihre Vorschubgeschwindigkeit beträgt in der Regel 4-20 Zoll pro Minute. Sie werden zum Drehen, Fräsen, Bohren und Schneiden verwendet. Sie sind teurer als kleinere Maschinen. Die Genauigkeit einer 3-Achs-CNC-Fräsmaschine hängt vom Durchmesser der Spindel und der Vorschubgeschwindigkeit ab. Die Vorschubgeschwindigkeit bestimmt die Fräsgenauigkeit. Je höher der Vorschub, desto genauer ist der Schnitt. Ein kleinerer Spindeldurchmesser führt dazu, dass die Maschine weniger genau ist.

Zusammenfassung 

Eine 3-Achs-CNC-Fräsmaschine ist ein leistungsstarkes Werkzeug, das für verschiedene Projekte verwendet werden kann. Bei der Auswahl einer Fräsmaschine ist es wichtig, die Größe und Leistung der Maschine sowie die Eigenschaften, die für Sie wichtig sind, zu berücksichtigen. Die beste Fräsmaschine für Ihre Bedürfnisse hängt von Ihren spezifischen Projekten und Anforderungen ab. Unser Unternehmen bietet die besten CNC-Fräsdienstleistungen an, die sicherlich die Qualität Ihres Produkts verbessern werden.