English
Français
日本語
Español
Bei CNC-Bearbeitungsprojekten ist Aluminium aufgrund seiner wünschenswerten physikalischen Eigenschaften eines der beliebtesten Materialien. Es ist stark, was es ideal für mechanische Teile macht, und seine oxidierte Außenschicht widersteht der Korrosion durch die Elemente. Diese Vorteile haben dazu geführt, dass Aluminiumteile in allen Industrien verbreitet sind, obwohl sie besonders in den Bereichen Automobil, Luft- und Raumfahrt, Gesundheitswesen und Unterhaltungselektronik bevorzugt werden.
Aluminium bietet auch spezifische Vorteile, die den CNC-Bearbeitungsprozess vereinfachen und verbessern. Im Gegensatz zu vielen anderen Metallen mit ähnlichen Materialeigenschaften bietet Aluminium eine hervorragende Zerspanbarkeit: Viele seiner Qualitäten lassen sich von Schneidwerkzeugen gut durchdringen, splittern leicht und lassen sich relativ leicht umformen. Aus diesem Grund lässt sich Aluminium mehr als dreimal schneller bearbeiten als Eisen oder Stahl.
Dieser Artikel erklärt einige der Hauptvorteile der CNC-Bearbeitung von Aluminium – die Gründe, warum es eines unserer am häufigsten nachgefragten Prototyping- und Produktionsverfahren ist -, schlägt aber auch Bearbeitungsalternativen zu Aluminium vor.
Andere Metalle und Kunststoffe bieten möglicherweise ähnliche Vorteile wie Aluminium, zusätzlich zu den einzigartigen Vorteilen, die nur für sie gelten.
Vorteile der CNC-Bearbeitung von Aluminium
Bearbeitbarkeit
Korrosionsbeständigkeit
Stärke / Gewichtsverhältnis
Elektrische Leitfähigkeit
Anodisierpotential
Recyclingfähigkeit
Bearbeitbarkeit
Einer der Hauptgründe, warum Ingenieure Aluminium für ihre bearbeiteten Teile wählen, ist die einfache Bearbeitung des Materials. Dies scheint zwar eher von Vorteil für den Maschinisten zu sein, der das Teil herstellt, aber es hat auch erhebliche Vorteile für das Unternehmen, das das Teil bestellt, sowie für den Endbenutzer, der es schließlich verwenden wird.
Da Aluminium leicht abblättert und sich gut verformen lässt, lässt es sich mit CNC-Werkzeugmaschinen schnell und präzise zuschneiden. Dies hat wichtige Konsequenzen: Erstens macht die kurze Bearbeitungszeit den Prozess billiger (weil weniger Arbeit seitens des Maschinisten erforderlich ist und weniger Laufzeit von der Maschine selbst benötigt wird); Zweitens bedeutet eine gute Bearbeitbarkeit eine geringere Verformung des Werkstücks beim Durchdringen des Werkstücks mit dem Schneidwerkzeug. Dadurch kann die Maschine engere Toleranzen (bis zu ± 0,025 mm) einhalten und zu einer höheren Präzision und Wiederholbarkeit führen.
Korrosionsbeständigkeit
Verschiedene Aluminiumsorten unterscheiden sich stark in ihrer Korrosionsbeständigkeit – dem Grad, in dem sie Oxidation und chemischen Beschädigungen widerstehen können. Glücklicherweise sind einige der beliebtesten Sorten für die CNC-Bearbeitung die härtesten. 6061 beispielsweise bietet eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit, ebenso wie andere Legierungen am unteren Ende des Widerstandsspektrums. (Starke Aluminiumlegierungen können aufgrund des Vorhandenseins von legiertem Kupfer weniger korrosionsbeständig sein.)
Stärke / Gewichtsverhältnis
Aluminium hat wünschenswerte physikalische Eigenschaften, die es ideal für mechanische und optische Teile machen. Zwei der wichtigsten sind die hohe Festigkeit des Metalls und seine Leichtigkeit, die das Material für kritische Teile, wie sie in der Luftfahrt- und Automobilindustrie benötigt werden, günstig machen. Flugzeugbeschläge und Automobilwellen sind zwei Beispiele für Teile, die erfolgreich mit Aluminium bearbeitet werden können.
Unterschiedliche Aluminiumqualitäten dienen jedoch unterschiedlichen Zwecken. Aufgrund ihres günstigen Festigkeits-Gewichts-Verhältnisses können Allzweckgüten wie 6061 für eine Vielzahl von Teilen verwendet werden, während hochfeste Güten wie 7075 in Luft- und Raumfahrtanwendungen bevorzugt werden.
Elektrische Leitfähigkeit
CNC-gefräste Aluminiumteile können aufgrund ihrer elektrischen Leitfähigkeit für elektrische Komponenten nützlich sein. Reines Aluminium ist zwar nicht so leitfähig wie Kupfer, hat aber bei Raumtemperatur eine elektrische Leitfähigkeit von etwa 37,7 Millionen Siemens pro Meter. Legierungen können niedrigere Leitfähigkeiten aufweisen, aber Aluminiumwerkstoffe sind deutlich leitfähiger als beispielsweise Edelstahl.
Anodisierpotential
Bearbeitete Aluminiumteile sind in der Unterhaltungselektronikindustrie besonders beliebt, nicht nur aus Festigkeits- und Gewichtsanforderungen, sondern auch aus wichtigen ästhetischen Gründen. Aluminium ist nicht nur empfänglich für Farben und Flecken, sondern kann auch durch Eloxieren behandelt werden, ein Oberflächenveredelungsverfahren, das die schützende und oxidierte Außenschicht des Teils verdickt.
Der Anodisierungsprozess, der normalerweise nach Abschluss der Bearbeitung stattfindet, beinhaltet das Durchleiten eines elektrischen Stroms durch das Werkstück in einem Bad aus Elektrolytsäure und führt zu einem Aluminiumteil, das widerstandsfähiger gegen Stöße und Belastungen ist.
Wichtig ist, dass das Eloxieren es einfacher macht, einem bearbeiteten Aluminiumteil Farbe zu verleihen, da die eloxierte Außenschicht sehr porös ist. Farbstoffe können durch poröse Abschnitte der Außenschicht gelangen und sind weniger wahrscheinlich, dass sie abplatzen oder abplatzen, wenn sie in die harte Außenseite des Metallteils eingebettet werden.
Alternativen zu Aluminium in der CNC-Bearbeitung
Unternehmen können aus verschiedenen Gründen nach Alternativen zu Aluminium für die CNC-Bearbeitung suchen. Schließlich hat Metall einige Schwächen: Seine Oxidbeschichtung kann Werkzeuge beschädigen und ist in der Regel teurer als Alternativen wie Stahl, auch wegen der hohen Energiekosten bei der Aluminiumherstellung.
Hier sind einige mögliche Bearbeitungsalternativen zu Aluminium, die ihre Unterschiede und Ähnlichkeiten mit dem beliebten silbergrauen Metall hervorheben.
Metalle
Stahl und Edelstahl
Besser als Aluminium für:
Stärke
Temperaturbeständigkeit
Schlimmer als Aluminium für:
Bearbeitbarkeit
Gewicht
Stähle und rostfreie Stähle sind weit verbreitete Materialien in der CNC-Bearbeitung. Aufgrund ihrer hohen Festigkeit werden Stähle für Anwendungen mit hoher Beanspruchung und solchen, die starke Schweißnähte erfordern, bevorzugt. Stähle sind beständig gegen sehr hohe Temperaturen und rostfreie Stähle können wärmebehandelt werden, um ihre Korrosionsbeständigkeit zu verbessern.
Während jedoch Automatenstähle auf eine verbesserte Bearbeitbarkeit ausgelegt sind, bleibt Aluminium der besser bearbeitbare der beiden Materialien. Stähle sind auch schwerer und haben eine höhere Härte als Aluminium, was je nach Anwendung wünschenswert sein kann oder nicht.
Wenn Temperaturbeständigkeit ein Schlüsselfaktor ist und Gewicht nicht, kann Stahl eine ideale Alternative zu Aluminium sein.
Titan
Besser als Aluminium für:
Stärke / Gewichtsverhältnis
Schlimmer als Aluminium für:
Kosten
Titan kann als Ersatz für Aluminium verwendet werden, da sein Hauptvorteil ein außergewöhnliches Festigkeits-Gewichts-Verhältnis ist – auch einer der Hauptvorteile von Aluminium. Titan hat ein ähnliches Gewicht wie Aluminium, ist aber fast doppelt so stark. Wie Aluminium ist es auch sehr korrosionsbeständig.
Diese Vorteile spiegeln sich im höheren Titanpreis wider. Obwohl das Material eine ausgezeichnete Wahl für Teile wie Flugzeugkomponenten und medizinische Geräte ist, können seine Kosten unerschwinglich sein.
Titan ist eine geeignete Alternative zu Aluminium, wenn es auf Leichtigkeit ankommt und vor allem, wenn das Fertigungsbudget etwas flexibel ist.
Magnesium
Besser als Aluminium für:
Bearbeitbarkeit
Gewicht
Schlimmer als Aluminium für:
Bearbeitungssicherheit
Korrosionsbeständigkeit
Obwohl es nicht das gängigste Bearbeitungsmaterial ist, bietet leichtes metallisches Magnesium viele Vorteile von gängigen Aluminiumlegierungen. Tatsächlich ist Magnesium eines der am besten zerspanbaren Metalle, was den Bearbeitungsprozess schnell und effizient macht.
Ein potenzieller Nachteil für Werkstätten? Magnesiumspäne sind hochentzündlich und werden durch Wasser weiter verschlimmert, was bedeutet, dass Maschinisten beim Entfernen von Schmutz vorsichtig sein sollten.
Messing
Besser als Aluminium für:
Einige ästhetische Anwendungen
Schlimmer als Aluminium für:
Kosten
Messing, ein Metall mit goldenem Aussehen, ist ein gut bearbeitbares Metall, das zu einem etwas höheren Preis als Aluminium erhältlich ist. Es wird häufig an Teilen wie Ventilen und Düsen sowie an Strukturkomponenten verwendet, während es aufgrund seiner hohen Bearbeitbarkeit für Großserienaufträge geeignet ist.
Das Kupfer
Besser als Aluminium für:
Elektrische Leitfähigkeit
Schlimmer als Aluminium für:
Bearbeitbarkeit
Kupfer hat mit Aluminium mehrere Materialeigenschaften gemeinsam. Die überlegene elektrische Leitfähigkeit von Kupfer kann es jedoch für verschiedene elektrische Anwendungen bevorzugt machen. Obwohl reines Kupfer schwer zu bearbeiten ist, bieten viele Kupferlegierungen eine ähnliche Bearbeitbarkeit wie übliche Aluminiumsorten.
POM (Delrin)
Besser als Aluminium für:
Elektrische Isolierung
Geringe Reibung
Schlimmer als Aluminium für:
Stärke
Hitzeverträglichkeit
CNC-Bearbeitungsprojekte müssen sich nicht auf Metalle beschränken. Tatsächlich können mehrere technische Thermoplaste je nach Anwendung einige der Vorteile von Aluminium erreichen oder übertreffen.
Da Aluminium wegen seiner hervorragenden Bearbeitbarkeit oft bevorzugt wird, ist POM (Delrin) eine praktikable Kunststoffalternative, die sich wie Aluminium sehr gut für den Bearbeitungsprozess eignet. POM hat einen niedrigen Schmelzpunkt, aber eine beeindruckende Festigkeit für einen Kunststoff.
POM ist ein elektrischer Isolator und eignet sich daher für Teile wie Elektronikgehäuse. Es ist auch für mechanische Teile geeignet. Aufgrund seines grundlegend anderen Isolierverhaltens als Aluminium sollte es jedoch nur dort als gleichwertiger Ersatz verwendet werden, wo die thermische und elektrische Leitfähigkeit von vernachlässigbarer Bedeutung ist.
PTFE (Teflon)
Besser als Aluminium für:
Elektrische Isolierung
Sehr geringe Reibung
Schlimmer als Aluminium für:
Stärke
PTFE (Teflon) ist wie POM ein gut bearbeitbarer Thermoplast, der ein hervorragender elektrischer Isolator ist. Im Gegensatz zu POM ist PTFE jedoch auch hochtemperaturbeständig (bis 260 °C), was es für Hochtemperaturanwendungen zu einer praktikablen Alternative zu Aluminium macht.
Die hohe chemische Beständigkeit von PTFE macht es auch zu einem beliebten Bearbeitungsmaterial für Teile, die in der Lebensmittelindustrie verwendet werden.
EIN BLICK
Besser als Aluminium für:
Medizinische Verwendung
Schlimmer als Aluminium für:
Bearbeitbarkeit
Kosten
PEEK ist zwar schwieriger zu bearbeiten als die beiden bisherigen Thermoplaste, aber seine hohe Festigkeit und thermische Stabilität (temperaturbeständig bis 260 °C) machen es zu einer echten Alternative zu Aluminium. Die Popularität von PEEK für Teile wie Ventile, Lager, Pumpen und Düsen ist ein Beweis für seine metallähnlichen Fähigkeiten.
Ein Stolperstein ist der Preis. Als Hochleistungspolymer gehört PEEK zu den teureren bearbeitbaren Thermoplasten und eignet sich daher nur für Bearbeitungsprojekte, bei denen allgegenwärtige Materialien wie Aluminium unbrauchbar sind.
Abs
Besser als Aluminium für:
Wärmeschockbeständigkeit
Schlimmer als Aluminium für:
Stärke
ABS wird häufig als Spritzgussmaterial und seit einigen Jahren als 3D-Druckfilament verwendet. Aber obwohl ABS mit Aluminium nur sehr wenig gemein hat, bleibt es ein vielseitiges und leichtes Material für die CNC-Bearbeitung, das eine überdurchschnittliche Schlagfestigkeit bietet.