CNC-Bearbeitung vs. Gießen, Schmieden und 3D-Druck: Welches Verfahren ist das beste? Eine Halterung kann aus dem Vollen gefräst, in einer Form gegossen, in einem Werkzeug geschmiedet oder Schicht für Schicht gedruckt werden. Ingenieure fragen sich oft, welches Verfahren am besten geeignet ist. Die eigentliche Frage ist jedoch, welches Verfahren die Anforderungen an Volumen, Geometrie und Toleranz erfüllt. Jedes Verfahren hat seine eigenen Vorteile.

Eine Halterung kann aus dem Vollen gefräst, in einer Form gegossen, in einem Werkzeug geschmiedet oder Schicht für Schicht gedruckt werden. Ingenieure fragen sich üblicherweise, welches Verfahren am besten geeignet ist. Die eigentliche Frage ist jedoch, welches Verfahren den Anforderungen an Volumen, Geometrie und Toleranz entspricht. Jedes Verfahren hat seine Vorteile, und die Wahl eines Verfahrens außerhalb dieses Bereichs kostet Geld, beeinträchtigt die Leistung oder beides.

Abbildung 8. Gleiche Form, drei Verfahren: bearbeitetes Aluminium, Sandguss und 3D-Druck. Die Wahl des Verfahrens hängt von Volumen und Toleranz ab.

CNC-Bearbeitung: Präzision und Flexibilität, von 1 bis zu Tausenden

Die spanende Bearbeitung trägt Material aus einem massiven Block ab. Sie ermöglicht eine Toleranz von ±0,01 mm, eignet sich für technische Werkstoffe mit vollen mechanischen Eigenschaften und benötigt keine Werkzeuge. Ihre Schwäche liegt in der Serienfertigung: Komplexe Hohlräume und sehr leichte Formen führen zu Materialverschwendung, und bei sehr hohen Stückzahlen ist sie nicht die kostengünstigste Methode. Die spanende Bearbeitung ist jedoch bei Einzelteilen bis hin zu einigen Tausend Stück die beste Wahl und überall dort, wo Toleranzen, Materialeigenschaften oder Designiterationen wichtig sind.

Guss: Komplexe Form, hohes Volumen

Beim Gießen wird flüssiges Metall in eine Form gegossen. So lassen sich Formen herstellen, die durch spanende Bearbeitung wirtschaftlich nicht realisierbar sind: Hohlkörper, dünne Rippen, komplexe Außengeometrien. Die Form kostet Tausende von Euro, und die Gussoberfläche ist rau und maßhaltig, weshalb die Passflächen üblicherweise nachträglich CNC-gefräst werden. Gießen lohnt sich ab etwa 5.000 Stück, da sich die Formkosten dann verteilen und die Geometrie komplex ist. Bei kleineren Stückzahlen ist die spanende Bearbeitung desselben Teils trotz des Verschnitts günstiger.

Schmieden: Stärke dort, wo es darauf ankommt.

Beim Schmieden wird Metall durch Hämmer oder Pressen in eine Matrize gepresst, wobei die Faserrichtung entlang des Werkstücks ausgerichtet wird. Dies führt zu außergewöhnlicher Festigkeit und Dauerfestigkeit. Pleuelstangen, Zahnräder, Wellen und hochbelastete Halterungen werden geschmiedet, da kein Guss- oder bearbeitetes Teil ihre Zähigkeit erreicht. Die Investition in die Matrize ist hoch, und enge Konturen müssen nachträglich bearbeitet werden. Schmieden ist daher ideal für die Fertigung von hochvolumigen, hochbelasteten Teilen, nicht aber für Halterungen, die keiner Dauerfestigkeit ausgesetzt sind.

3D-Druck: Prototypen und unmögliche Geometrien

Die additive Fertigung baut Schichten schichtweise auf und ermöglicht so die Herstellung von internen Kanälen, Gitterstrukturen und Baugruppen, die sonst aus mehreren Teilen bestünden. Ihre Schwäche liegt in der Materialleistung: Die meisten gedruckten Polymere und Metalle sind für ermüdungskritische Anwendungen nicht mit geschmiedeten Werkstoffen vergleichbar, und die Oberfläche ist rau. Der 3D-Druck eignet sich gut für Prototypen, Vorrichtungen, Lehren und komplexe, leichte Geometrien in kleinen Stückzahlen. Für Serienteile, die Lasten tragen müssen, sind bearbeitete oder geschmiedete Werkstoffe in der Regel die bessere Wahl.

Die Volumenentscheidung

Eine praktische Übersicht: 1 bis 100 Stück: Bearbeitung. 100 bis 2.000 Stück: Bearbeitung, außer bei sehr komplexer Geometrie; in diesem Fall Guss in Betracht ziehen. Ab 5.000 Stück mit komplexer Form: Guss. Hohe Belastung und hohe Stückzahlen: Schmieden. Prototypen oder extrem komplexe Innengeometrie: Drucken. Die meisten Produkte durchlaufen diese Abfolge: gedruckter oder bearbeiteter Prototyp, bearbeitete Vorserienfertigung, dann Guss- oder Schmiedeproduktion nach nachgewiesener Nachfrage.

Was wir bei KGL tun

KGL bearbeitet Aluminium, Stahl, Edelstahl, Titan und technische Kunststoffe auf 3-, 4- und 5-Achs-Bearbeitungszentren und ist der ideale Standort für Prototypen und Zwischenfertigung. Sobald ein Bauteil die Bearbeitungskapazität übersteigt, dient das bearbeitete Urmodell als Gussform. KGL übernimmt dann die präzise Nachbearbeitung der Gussteile. Der Kunde hat somit für den gesamten Prozess nur einen Ansprechpartner, nicht drei.

Abschluss

Kein Verfahren ist per se das beste. Die spanende Bearbeitung punktet mit Toleranz und Flexibilität, das Gießen mit komplexen Geometrien in großen Stückzahlen, das Schmieden mit hoher Festigkeit und das Drucken mit unmöglichen Formen und Prototypen. Wählen Sie das Verfahren passend zur Stückzahl und zum Auftrag und lassen Sie das Produkt die verschiedenen Bearbeitungsschritte durchlaufen, während es wächst.

FAQ

Q: Ab wann ist Gießen günstiger als die spanende Bearbeitung?

A: Ab etwa 5.000 Stück, wenn sich die Werkzeugkosten verteilen und die Geometrie komplex ist, ist die Fertigung günstiger. Darunter ist ein aus einem Rohling gefrästes Teil trotz höherem Materialverlust meist preiswerter.

Q: Sind 3D-gedruckte Teile genauso stabil wie maschinell gefertigte Teile?

A: Für ermüdungskritische und tragende Anwendungen ist es ungeeignet. Gedruckte Materialien weisen anisotrope Eigenschaften und raue Oberflächen auf. Sie eignen sich hervorragend für Prototypen, Vorrichtungen und komplexe Geometrien, jedoch werden für die Serienfertigung weiterhin geschmiedete oder bearbeitete Werkstoffe verwendet.

Q: Kann ich mit bearbeiteten Teilen beginnen und später auf Guss umsteigen?

A: Ja, das ist das übliche Vorgehen. Man fertigt den Prototyp und das Überbrückungsvolumen, prüft die Nachfrage und fertigt dann ein Gusswerkzeug. Das bearbeitete Urmodell dient der Gießerei gleichzeitig als Vorlage.